DE665954C

DE665954C - Gas turbine

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Publication number: DE665954C
Application number: DEL92110D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1933-06-07
Filing date: 1934-06-07
Publication date: 1938-10-06

Description

Gasturbine Die Erfindungbetrifft eine Gasturbine mit stetiger Strömung, bei welcher die Verdichtung und die Entspannung im Läufer selbst erfolgen, ohne daß es erforderlich ist, das Strömungsmittel von ortsfesten Teilen in innlaufende Teile zu überführen.Gas turbine The invention relates to a gas turbine with steady flow, in which the compression and relaxation in the runner itself take place without that it is necessary to move the fluid from stationary parts into internal ones To transfer parts.

Man hat bisher Gasturbinen mit stetiger Strömung herzustellen versucht, indem man zur Erzielung eines hohen Wärmewirkungsrrades hohe Verdichtungen anwandte, die nur durch Verdichter mit mehreren Stufen erhalten werden können. Die Verbrennung erfolgte in einer besonderen Kammer, und die Entspannung fand in einer ortsfesten Düse statt; die kinetische Energie der Gase wurde darauf in einer Gleichdruckturbine in mechanische Energie umgewandelt.So far, attempts have been made to produce gas turbines with a steady flow, by using high compressions to achieve a high thermal efficiency, which can only be obtained with multi-stage compressors. The burn took place in a special chamber, and relaxation took place in a permanent one Nozzle instead; the kinetic energy of the gases was then in an impulse turbine converted into mechanical energy.

@N'enn dabei auch infolge der starken Verdichtung der theoretische Wärmewirkungsgrad einer solchen Maschine hoch ist, so ist dagegen der Wirkungsgrad des Energieumformers, welcher von der Verdichterturbinenanlage gebildet wird, außerordentlich klein infolge .der Verluste durch Stöße, welche bei den verschiedenen Übergängen ,des Strömungsmittels von den festen auf die beweglichen Teile auftreten. Die Berechnung zeigt, daß bei dem gegenwärtigen Stand der Technik der umlaufenden Maschinen ein hoher thermetischer Gesamtwirkungsgrad einer solchen Anlage nicht erreicht werden kann.@ N'enn also because of the strong compression of the theoretical When the thermal efficiency of such a machine is high, the efficiency is high of the energy converter, which is formed by the compressor turbine system, extraordinary small as a result of the losses due to shocks that occur at the various transitions , of the fluid from the fixed to the moving parts. The calculation shows that in the current state of the art of rotating machines a high thermal overall efficiency of such a system cannot be achieved can.

Es ist vorgeschlagen worden, eine Gasturbine so auszubilden, daß amEnde von umlaufenden Armen Brennkammern angeordnet sind, wobei die Zuführung des Brennstoffes und der Verbrennungsluft durch die umlaufenden Arme selbst erfolgt. Diese bekannten Gasturbinen bedingen jedoch die Verwendung eines Verdichters, wodurch der Wirkungsgrad der Turbinen ungünstig beeinflußt wird, da der Verdichter selbst Energie verbraucht. Außerdem muß bei diesen Turbinen die in dem ortsfesten Verdichter verdichtete Luft den umlaufenden Armen zugeführt werden, woraus sich beträchtliche Abdichtungsschwierigkeiten ergeben, und schließlich gestattet die bekannte Gasturbinenausführung nicht die Erzielung hoher Drehzahlen und somit einer hohen Leistung, da die Arme hohe mechanische Beanspruchungen nicht aushalten können.It has been proposed to design a gas turbine so that in the end of circumferential arms combustion chambers are arranged, with the supply of fuel and the combustion air takes place through the rotating arms themselves. These well-known However, gas turbines require the use of a compressor, which increases the efficiency the turbines is adversely affected because the compressor itself consumes energy. In addition, the air compressed in the stationary compressor must be used in these turbines are fed to the rotating arms, resulting in considerable sealing difficulties and finally the known gas turbine design does not allow the Achieving high speeds and thus a high performance, since the arms are high mechanical Cannot withstand stress.

-Man hat ferner versucht, dasselbe Rad zur Verdichtung der Luft und zur Entspannung der Gase auszunutzen. Dabei wurde jedoch die Luft in unterbrochene Bewegung versetzt, indem entweder ein vor der Einführung in das Laufrad hergestelltes Brennstoffgemisch zur Explosion gebracht wurde oder indem man das Laufrad während eines Teiles der Unidrehung zur Verdichtung und während, eines anderen Teiles der Drehung zur Eilt.--' Spannung ausnutzte. Auf diese Weise erzeugte man in den Schaufeln abwechselnde' Bewegungen und rief infolgedessen erhebliche Verluste hervor, die die Ursache für den llißerfolg der Gasturbinen bisher waren.-An attempt has also been made to use the same wheel to compress the air and to exploit the expansion of the gases. In doing so, however, the air was interrupted Moved by either a produced before the introduction into the impeller Fuel mixture detonated or by the Impeller during one part of the unrotation for compression and during another Part of the turn in a hurry - 'Tension exploited. That is how you created alternating 'movements in the blades and, as a result, caused considerable losses which were the cause of the failure of the gas turbines so far.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich dagegen auf eine Wärmekraftinaschine mit schwacher Verdichtung und folglich auch nur einem ger fingen theoretischen Wärmewirkungsgrad. Sie ,gestattet es jedoch, einen hohen Umformungswirkungsgrad zu erzielen, da der bisher für derartige Turbinen erforderliche Verdichter in Fortfall kommen kann und das Strömungsmittel somit nicht von ruhenden Teilen in schnell umlaufende Teile überführt zu werden braucht, so daß keine Abdichtungsschwierigkeiten auftreten und die bisher durch mangelnde Abdichtung bedingten Verluste vermieden werden. Ferner werden die unterbrochenen Bewegungen der Gase vermieden, und außerdem ermöglicht es die Erfindung, den Querschnitt der Düsen in solcher `''eise auszubilden, daß die Arbeitsweise sich soweit wie möglich dem theoretischen Kreisarbeitsvorgang nähert.On the other hand, the present invention relates to a heat engine with weak compression and consequently only a low theoretical thermal efficiency. However, it allows a high degree of conversion efficiency to be achieved, since the compressors previously required for such turbines can be omitted and the fluid does not move from stationary parts to rapidly rotating parts Needs to be transferred so that there are no sealing difficulties and the losses previously caused by inadequate sealing can be avoided. Further the interrupted movements of the gases are avoided and also made possible It is the invention to design the cross section of the nozzles in such a way that the way of working comes as close as possible to the theoretical circular work process.

Erfindungsgemäß wird die Turbine von einer Reihe beispielsweise gleichartiger Düsen gebildet, die am Umfang eines zweckn u äßi- '# init -roßer Geschwindigkeit uinlaufenden Rades verteilt sind und in denen das in stetigem Strom ausströmende Arbeitsmittel nacheinander eitler Verdichtung, einer @'ärmezufuhr mit Hilfe voll Brennern, einer 1?ntspannung und gegebenenfalls einer endgültigen Verdichtung ausgesetzt ist, die zweckinäfiig derart bemessen wird, daß die Gase den Läufer mit einer Geschwindigkeit verlassen, die im wesentlichen der Geschwindigkeit vor dem Eintritt in den Läufer entspricht.According to the invention, the turbine is, for example, more similar from a row Nozzles formed on the circumference of an expediently high speed are distributed in the running wheel and in which the flowing out in a steady stream Work equipment one after the other, vain condensation, a supply of arms with the help of full Burners, subjected to an initial stress and possibly a final compression is, which is expediently dimensioned in such a way that the gases blow the rotor at a speed leaving that essentially of the speed before entering the runner is equivalent to.

In einigen Fällen -wird der Wärinelcreisvorgang durch Einschaltung einer ergänzt werden könlien, wobei die Kältequelle beispielsweise von einem Kühler oder einer kalten Oberfläche gebildet wird.In some cases the heat circuit is switched on one can be supplemented, with the cold source, for example, from a cooler or a cold surface.

Die Heizquelle wird von ortsfesten oder beweglichen Brennern gebildet, die in der Zone größten Druckes angeordnet sind, wobei .der Querschnitt der Düsen vor den Brennern divergent und hinter den Brennern (,in der Strömungsrichtung) konvergent ausgebildet ist. Durch diese divergente Ausbildung des Düsenquersclltlittes vor den Breilnern -wird die erforderliche Anfangsverdichtung erzielt.The heating source is formed by stationary or movable burners, which are arranged in the zone of greatest pressure, with .the cross section of the nozzles divergent in front of the burners and convergent behind the burners (, in the direction of flow) is trained. Due to this divergent design of the nozzle cross section the Breilners - the required initial compaction is achieved.

Diese Turbine kann vorteilhaft finit einer Luftschraube oder Schiffsschraube gekuppelt werden; aber man kann sie auch als Rizckstoßantrieb benutzen, indem man den Austrittswinkel x der Gase vergrößert. In diesem ',Falle liefert dieTurbine außenkeineLeistung, 'ä,ber die Gase verlassen sie mit hoher Geechwindigkeit und rufen so eine antreibende 'kückwirkung hervor.This turbine can advantageously be finite as a propeller or a ship's propeller be coupled; but you can also use it as a recoil drive by increases the exit angle x of the gases. In this case the turbine delivers outside no performance, 'ä, via the gases they leave at high speed and cause such a driving reaction.

Zur Erleichterung des Verständnisses sind beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Fig. i und 2 eine Turbine, bei der die Heizquellen im Laufrad angeordnet sind, Fig.3 eine abweichende Ausführung, bei der die Heizquellen in einem ortsfesten Teil angeordnet sind und vor den auf einem Läufer sitzenden Schaufeln münden, Fig..I eine besondere Anordnung, welche die Verminderung der Reibungen gestattet. Bei dem auf Fig. i und 2 dargestellten Beispiel enthält die Turbine eine Anzahl von Düsen 3i, die nebeneinander angeordnet und zur Umlaufachse geneigt sind. Diese Düsen befinden sich dabei am Umfang eines mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Rades 32. Der Verdichter 33 kann radial in der Weise angeordnet werden, daß der Luftzutritt vorzugsweise auf eniem Radius R1, der kleiner als R. ist (vgl. Fig. i), erfolgt, was den Vorteil bietet, daß die Verluste herabgesetzt werden. Die Heizquelle wird von Brennern 3.1. gebildet, die mit Brennstoff durch Kanäle 35 gespeist werden, welche an die Hohlwelle 36 angeschlossen sind. Der Brennstoff kann in dem Heizkörper 37 verdampft «-erden, der von den Auspuffgasen umspült wird. Die von denGasen mitgefiihrteWärme kann beispielsweise durch Heizung der Kessel wiedergewonnen werden.For ease of understanding, for example, some embodiments are given of the invention, namely Figs. i and 2 show a turbine in which the Heating sources are arranged in the impeller, Fig. 3 a different version in which the heating sources are arranged in a stationary part and in front of them on a runner seated blades open, Fig..I a special arrangement, which the reduction the friction allowed. In the example shown in FIGS the turbine has a number of nozzles 3i, which are arranged side by side and to the axis of rotation are inclined. These nozzles are located on the periphery of one at high speed rotating wheel 32. The compressor 33 can be arranged radially in such a way that the air inlet is preferably on a radius R1, which is smaller than R. (cf. Fig. I), takes place, which has the advantage that the losses are reduced. The heat source is from burners 3.1. formed with fuel through channels 35, which are connected to the hollow shaft 36. The fuel can be evaporated in the heating element 37, around which the exhaust gases wash. The heat carried over by the gases can be used, for example, by heating the boiler to be recovered.

Bei einer abweichenden, auf Fig. 3 gezeigten Ausführung kann man auch die Brenner 38 ortsfest ausbilden und den Brennstoffdampf mit der Umfangsgeschwindigkeit des Rades ausblasen. Der Bau des Rades wird hierbei ein wenig vereinfacht.In a different embodiment shown in FIG. 3, one can also the burners 38 form stationary and the fuel vapor with the peripheral speed blow out the wheel. The construction of the bike is simplified a little.

Da dieseTurbinen mitgroßer Geschwindigkeit arbeiten, muß die Reibung der unilaufenden Räder in der Luft auf den kleitistnlöglichen Wert herabgesetzt werden.Since these turbines operate at high speed, the friction must of the non-running wheels in the air reduced to the minimalist value will.

Gemäß einem -Merkmal der Erfindung kann man die Reibungen im Verhältnis 1 zu 4. herabsetzen, indem man, wie auf Fig. .I angedeutet, zu jeder Seite des umlaufenden Rades 4 1 lose sich drehende Scheiben 42 anordnet. Die Drehgeschwindigkeit dieser letzteren Scheiben beträgt etwa die Hälfte derGeschwindigkeit des Rades .I1, das Reibungsmoment ist also tatsächlich iiu Verhältnis 1 :4 herabgesetzt, und folglich ist auch die als Reibung verausgabte Energie entsprechend vermindert.According to one feature of the invention, the frictions can be compared 1 to 4. Reduce by, as indicated in Fig. .I, to each side of the circumferential Wheel 4 1 loosely rotating disks 42 arranged. The speed of rotation of this the latter disks is about half the speed of the wheel .I1, the So the frictional torque is actually reduced by a ratio of 1: 4, and consequently the energy expended as friction is also correspondingly reduced.

Man könnte in derselben Weise auch eilte größere Anzahl loser Scheiben anordnen. Es sei noch darauf hingewiesen. daß bei den hier behandelten Vorrichtungen: i. die Düsen auf dem ganzen Radumfang angeordnet sind: die Erhitzung der Luft durch ortsfeste oder bewegliche Brenner erhalten wird und Verdichtung und Entspannung in dem gleichen Rade stattfinden; 3. die Temperatur in der Verbrennungskammer unter 5oo° liegt, so daß also keinerlei Kühlung vorgesehen werden muß.In the same way one could hurry up a larger number of loose disks arrange. It should also be pointed out. that with those treated here Devices: i. the nozzles are arranged on the whole circumference of the wheel: the heating the air is obtained by fixed or mobile burners and compression and Relaxation take place in the same wheel; 3. the temperature in the combustion chamber is below 500 °, so that no cooling has to be provided.

Claims

PA TLNTANSPRÜCI-IE: i. Gas turbine, characterized. (leave it in a continuous stream through a grater evenly on the circumference of a wheel working medium flowing through distributed nozzles within the runner of a compression, a heat supply, an expansion and, if necessary, a final pressure increase, about the pressure in front of the runner. z. Gas turbine according to claim i, characterized in that the cross section of the nozzles diverges in front of the heat sources and converges behind the burners. 3. Gas turbine according to claim i, characterized in that that the heat sources (34) are arranged on the impeller (32). .4. Gas turbine according to claim i, characterized in that the heat sources (38) are arranged on the housing. 5. Gas turbine according to claim i and?, Characterized in that between the different rotating wheels (41) for the purpose of reducing the friction loose intermediate washers (42) are arranged.