DE670302C - Einrichtung zur Erhoehung des Wirkungsgrades einer Turbine zum Entspannen von Gasen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Turbine zum Entspannen von Gasen Im Hauptpatent ist eine Turbine zum Entspannen von Gasen zum Zwecke der Kälteerzeugung beschrieben, bei der der Läufer fliegend im Gehäuse der mit der Turbine gekuppelten, anzutreibenden Maschine oder des davor geschalteten Betriebes gelagert ist.
• Vorliegende Erfindung bezweckt eineErhöhung des Wirkungsgrades einer Gas- oder Luftturbine durch Anordnung eines Diffusors an der Ausströmseite des Treibmittels. Es ist bekannt, bei Dampf- oder Gasturbinen einen Diffüsor hinter dem Laufrad anzuordnen, der durch zwei feste, koaxiale Umdrehungsflächen begrenzt wird. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Verbesserung dieser Anordnung, insbesondere für Turbinen mit kleinem Wärmegefälle. Gemäß der Erfindung läuft die innere Umdrehungsfläche etwa in eine Spitze aus, und sie erstreckt sich zweckmäßigerweise nur über einen Teil der Länge des Diffusors, derart, daß das Treibmittel beim Ausströmen aus dem Diffusor nur noch durch die äußere Umdrehungsfläche geführt wird. Dadurch erreicht man eine günstige strömungstechnische Energieumsetzung sowohl im Diffusor selbst als auch beim Austritt aus dem Diffusor in die anschließende Rohrleitung. Der Diffusor wird auf der der Lagerung des fliegenden Rades entgegengesetzten Seite angeordnet; dadurch ist er in seiner Länge in keiner Weise begrenzt, und es kann für die Querschnittzunahme das strömungstechnisch günstigste Verhältnis gewählt werden. Die auf die Längeneinheit bezogene Erweiterung wird entsprechend einem Öffnungswinkel von q. bis 12,' gewählt. Die Geschwindigkeit des Treibmittels beim Ausströmen aus dem Diffusor kann beliebig niedrig gewählt werden und bei kleinem Wärmegefälle bis auf 5 bis zo m/Sek.. herabgesetzt Twerden.
• Der neuartige Diffusor ist sowohl für Radialals auch für Axialturbinen der geschilderten Bauart geeignet. Wird bei Radialturbinen das Rad von außen nach innen durchströmt, was vor allem bei einer vorzusehenden Düsenregelung vorteilhaft ist, so dient der Diffusor zugleich zur Umlenkung der radialen Strömung in eine axiale. Dabei wird derjenige Teil des Diffusorkanals, der zugleich zur Umlenkung dient, zweckmäßig mit einem geringeren Öffnungswinkel ausgeführt als der nachfolgende axiale, in dem nur die Energieumsetzung stattfindet. [Die `innere Umhüllungsfläche des Diffusors wird aus einem Blech aus Kupfer, Messing o. dgl. gebildet. Aber auch die äußere Umhüllungsfläche kann in den meisten Fällen mit geringer Wandstärke ausgeführt werden, da der Enddruck bei Turbinen zum Zwecke der Kälteerzeugung in der Regel nur um ein geringes Maß höher ist als der Atmosphärendruck. Trotz der großen Ausdehnung wird daher weder das Gewicht noch die Wärmekapazität der Turbine wesentlich erhöht.
• Sofern die Turbine nur aus einer Stufe besteht und die Beaufschlagurg veränderlich gemacht werden muß, wird gemäß der Erfindung weiterhin der Diffusorraum durch vorwiegend radiale Zwischenwände in Einzelräume unterteilt, deren jeder einer Düsengruppe entspricht. Die Trennwände erstrecken sich über den ganzen Verlauf des Diffusors und zerlegen ihn in mehrere Einzelräume, von denen jeder für sich durch ein Absperro- gan abgeschlossen werden kann. Die Zahl der Absperrorgane, die zweckmäßig am Austrittsende des Diffusors angeordnet werden, entspricht der Anzahl der Düsensätze bzw. der Zuström- oder Regulierventile am Eintritt der Turbine.
• In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt. Abb. i bezieht sich auf eine Radialturbine. i ist das Getriebe, in dem die Welle 2 des fliegenden Rades 3 gelagert ist. Das z. B. aus einem nicht näher dargestellten Luftzerlegungsapparat 4 kommende Treibmittel tritt durch den Stutzen 5 in die Turbine und verläßt die Schaufeln 6 in radialer Richtung. Der aus der äußeren Mantelfläche 7 und der inneren Mantelfläche 8 bestehende Diffusor erfüllt hier sowohl die Aufgabe, die radiale Strömung in eine axiale umzulenken, als auch die Austrittsenergie des Treibmittels aus dem Laufrad möglichst weitgehend in Druckenergie umzusetzen. Der Mantel 8 erstreckt sich nicht über die ganze Länge des Diffusors. Der freie Durchströmquerschnitt wird so ausgebildet, daß die Energieumsetzung zum größeren Teil in dem zweiten, axialen Teil des Diffusors erfolgt, während der erste Teil, entsprechend einem gerirgeren Offnurgswinkel, hauptsächlich zur Umlenkung des Treibmittels dient.
• Abb.2 stellt die Anwendung der Erfindung für Axialturbinen dar. Auch hier wird der Diffusor durch die beiden Mantelflächen 7 und 8 gebildet.
• Da im Innern des Diffusors sehr tiefe Temperaturen auftreten, so kann es sich empfehlen, der Zusammenziehung durch die Kälte durch ein Kompensationsrohrstück o. dgl. Rechnung zu tragen. Dies kann, wie in Abb.3 dargestellt, dadurch geschehen, daß an die äußere Mantelfläche des Diffusors 7 ein besonderes wellenförmiges Ausgleichsrohr 9 angeschlossen wird. Um nicht dadurch Strömungsverluste hervorzurufen, wird im Innern desselben ein an einem Ende gleitbares gewöhnliches Rohr aus dünnem Blech io eingelegt. Will man die Baulänge verkleinern, so kann man auch, wie in Abb. 4 dargestellt, das wellenförmige Ausgleichsrohr 9 außerhalb des Diffusors anordnen, wobei aber die Anordnung eines weiteren Blechmantels ii nötig wird, der die Verbindung mit dem Turbinengehäuse bildet. In diesem Falle ist die Diffusorwand 7 an ihrem Austrittsende gleitbar angeordnet.
• Abb. 5a und 5b beziehen sich auf den Fall, daß die Turbine nur aus einer Druckstufe besteht und daß die Beaufschlagung veränderlich ist. In diesem Falle wird der Diffusor durch Zwischenwände iz unterteilt, so daß bei Teilbeaufschlagung auch der Diffusor nur teilweise durch das Treibmittel durchströmt wird. Absperrorgane 13, welche durch Handräder 14 betätigt werden, schließen die entsprechenden Ouerschnitte ab. Diese Absperrorgane werden zweckmäßig am Austrittsende des Diffusors angeordnet.

Claims (5)

1. PATENTANSPKÜCliI?: i. Einrichtung zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Turbine zum Entspannen von Gasen zum Zwecke der Kälteerzeugung nach Patent 627 369 durch Anordnung eines aus zwei koaxialen festen Umdrehungsflächen bestehenden Diffusors auf der Ausströmseite des Laufrades, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umdrehur gsfläche ungefähr in eine Spitze ausläuft und sich nur über einen Teil des Diffusors erstreckt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor auf der der Lagerung der Turbine entgegengesetzten Seite angeordnet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2 für Radialturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkanal, welcher das aus den Schaufeln austretende Treibmittel von der radialen in die axiale Richtung umlenkt, als Diffusor ausgebildet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei veränderlicher Beaufschlagung derTurbine derDiffusor durch vorzugsweise radiale Trennwände in Einzelräume unterteilt wird, deren jeder einer Düsengruppe entspricht.
5. 5. Turbine nach Anspruch i und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Einzelräume durch ein möglichst in der Nähe des Austrittsendes angeordnetes Absperrorgan für sich abgeschlossen werden kann.