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Mit Dampf betriebene Turbinenkraftanlage Die Erfindung bezieht sich
auf eine mit Dampf betriebene Turbinenkraftanlage, die aus Dampfkessel, Turbine,
Kondensator und Speisevorrichtung besteht und gegebenenfalls auch mit Vorrichtungen
zur Regelung der Geschwindigkeit ausgerüstet sein kann, bei welcher die vorgenannten
einzelnen Teile sämtlich zu einer gasdicht geschlossenen umlaufenden Einheit zusammengefaßt
sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines
in sich geschlossenen Flüssigkeitsringes im Kessel die die Turbinengegenwirkung
aufnehmenden, durch Gewichtsbelastung am Mitumlauf verhinderten Turbinenteile außerhalb
des Flüssigkeitsraumes im Dampfraum angeordnet sind. Ein weiteres Merkmal der Erfindung
besteht darin, daß die Rückführung des Kondensates in dem im Flüssigkeitsraum befindlichen,
in sich geschlossenen Flüssigkeitsring durch Schleuderwirkung erreicht wird, die
dadurch entsteht, daß der Innendurchmesser des Flüssigkeitsringes im Kondensator
kleiner ist als der Innendurchmesser des mit dem Kessel umlaufenden Flüssigkeitsringes.
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An sich sind Turbinenkraftanlagen bekannt, deren Kessel, Turbine,
Kondensator, Speisevorrichtung und gegebenenfalls auch Regelvorrichtung zu einer
gasdicht geschlossenen umlaufenden Einheit zusammengefaßt sind. Bei diesen, bekannten
Einrichtungen ist aber das zur Aufnahme der Gegenwirkung der Turbine dienende Gewicht
in einem Flüssigkeitsraum der Anlage untergebracht. Hierdurch würden bei einer derartigen
Anlage, wenn sie ausgeführt würde, große Wirbel und Reibung entstehen, so daß ein
einwandfreier Betrieb einer derartigen Anlage undenkbar ist. Auch jegliche geordnete
Entnahme von Kondensat aus dem Kondensatbehälter, in dem das zur Aufnahme der Gegenwirkung
der Turbine dienende Gewicht angeordnet ist, ist bei derartigen Anlagen undenkbar.
Gerade diese Zurückschaffung des Kondensates in den Kessel ist bisher bei allen
bekannten Einrichtungen dieser Art besonders schwierig. Es ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, diese Schwierigkeiten in einfacher und sinnreicher Weise zu beheben.
Dieses wird dadurch erreicht, daß das zur Aufnahme der Gegenwirkung dienende Gewicht
aus dem Flüssigkeitsraum der Einheit herausverlegt und in deren Dampfraum hineinverlegt
ist und weiterhin dadurch, daß durch verschiedene Größenbemessung des Kondensators
und Kessels die Verwendung einer einfachen Schleuderpumpe ermöglicht wird, um die
Flüssigkeit aus dem Kondensator in den Kessel zu befördern.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel einer Turbinenkraftanlage
mit dem Erfindungsgegenstand veranschaulicht.
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a ist der Dampferzeuger, b das Turbinengehäuse der Anlage,
c das Turbinenrad und d der Kondensator. Der Dampferzeuger a besteht aus einem hohlen,
geschlossenen, zylinderartigen Gefäß, das fest auf der Welle e angebracht ist, die
ihrerseits in Lagern f und g gelagert ist. Das Turbinengehäuse b besteht ebenfalls
aus einem hohlen, geschlossenen Zylinder, der seitlich des Dampferzeugers ebenfalls
mittig auf der Welle e
sitzt. Das in dem Gehäuse b angeordnete Turbinenrad
c dagegen, das mit einem Schaufelkranz h versehen ist, ist auf der Welle e drehbar
gelagert. Es trägt ein Gewicht i, durch das das Turbinenrad daran gehindert wird,
sich beim Umlauf der Welle e mit dieser zu drehen.
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Der Kondensator d besteht aus einem hohlen, ebenfalls fest auf der
Welle e angebrachten kegelstumpfartig ausgeformten Behälter, der auf der dem Turbinengehäuse
entgegengesetzten Seite des Dampferzeugers a angeordnet ist. Der Behälter d ist
mit seinem größten Durchmesser dem Dampferzeuger zugekehrt. Der Kondensator d wird
durch Luft gekühlt, und seine Oberfläche ist zu diesem Zwecke mit Kühlflanschen
j versehen. Zwecks weiterer Verbesserung der Kühlung sind Rohre k vorgesehen, die
den Dampfraum des Kondensators durchsetzen und in seinen Stirnflächen befestigt
sind. An der einen dieser Stirnflächen ist außerhalb des Kondensators ein Schleudergebläse
l vorgesehen, dessen Lufteinlaßöffnung mit den an dieser Seite endenden Rohren k
verbunden ist und welches infolgedessen beim Umlauf Kühlluft durch die Rohre k hindurchsaugt.
Zur Rückführung des Kondensates aus dem Kondensator in den Dampferzeuger dienen
Rohre m, die im Dampferzeuger bis möglichst nahe an seine innere Umfläche herangezogen
sind. Die Größenverhältnisse der Durchmesser des Kondensators und des Dampferzeugers
sind so gewählt, daß der Innendurchmesser des Flüssigkeitsringes im Kondensator
kleiner ist als der Innendurchmesser des mit dem Kessel umlaufenden Flüssigkeitsringes,
so daß .mit Sicherheit die Rückführung des Kondensates in den Dampferzeuger gewährleistet
ist. Die Öffnungen der Speiserohre m im Kondensator sind möglichst dicht an die
innere Umfläche des Kondensators verlegt, und zwar an diejenige Stelle des Kondensators,
die den größten Durchmesser aufweist.
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Das Turbinengehäuse b und der Kondensator d sind durch Rohre
n miteinander verbunden, die durch den Dampfraum des Dampferzeugers a hindurchgeführt
sind. Die Welle e
besitzt eine mittige Bohrung o auf der Seite des Turbinengehäuses,
welche innerhalb des Dampferzeugers endet. An dieser Stelle sind Kanäle P vorgesehen,
die das Ende der Bohrung mit dem Dampfraum in Verbindung bringen. Im Umfang der
Turbinenschaufeln sind in der Wandung des Turbinengehäuses b eine Anzahl
Düsen y vorgesehen, die als Rückstoßdüsen wirken und die durch Rohre s mit der Bohrung
o der Welle in Verbindung ., stehen. Das Turbinenrad c ist durch Öffnungen t durchbrochen.
Naturgemäß kann die Turbine auch mehrere Schaufelkränze besitzen, wobei Leiteinrichtungen
vorgesehen sein können. Der Dampferzeuger ist von einer wärmedämmenden Kappe u umgeben.
Als Betriebsmittel kann beispielsweise ein Schwefeldioxyd oder Anilin Verwendung
finden, welche Mittel selbstschmierend sind. Unter Umständen können auch Petroleumderivate
verwendet werden. Infolge des gasdichten Abschlusses der ganzen Anlage, zu der auch
ein einen Geschwindigkeitsregler enthaltendes Gehäuse zugerechnet werden kann, vermag
das Betriebsmittel aus der Anlage nicht auszudringen, und es bedarf infolgedessen
auch keiner Erneuerung.
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Zur Beschreibung der Wirkungsweise der Einrichtung sei 'angenommen,
daß das Mittel im Dampferzeuger flüssig ist und daß ihm Wärme in irgendeiner Weise
zugeführt wird. Solange die. Einrichtung stillsteht, ist der Druck in allen Gefäßen
der gleiche. Wird dann die Einrichtung in Umlauf versetzt, so wird das Betriebsmittel
im Kondensator verflüssigt und durch reine Schleuderwirkung durch die Rohre m hindurch
dem Dampferzeuger zugeführt. Hierbei verhindern die Flüssigkeitssäulen in den Rohren
m ein Rückströmen des im Dampferzeuger erzeugten Dampfes in den Kondensator. Der
erzeugte Dampf strömt vom Dampferzeuger durch die Kanäle P und o, die Rohre s und
die Düsen r auf die Schaufeln lt des Turbinenrades. Dieses ist jedoch infolge des
Gewichts i am Umlauf gehindert. Dagegen dreht sich das Turbinengehäuse infolge des
Rückstoßes des Dampfes. Aus dem Turbinengehäuse strömt der Dampf durch die Rohre
n in den Kondensator zurück, in dem er verflüssigt wird, um darauf als Kondensat
durch die Rohre m in den Dampferzeuger zurückzugelangen.
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Die Flüssigkeitssäulen in den Rohren m zwischen dem Dampferzeuger
und dem Kondensator dienen als Speisevorrichtung, und der Druckunterschied zwischen
den beiden Gefäßen wird von dem Gewicht, dem Abstand von der Wellenmitte und der
Umlaufgeschwindigkeit dieser Flüssigkeitssäulen bestimmt. Die Flüssigkeitssäulen
m dienen gleichzeitig als Sicherheitsventil, denn, wenn der Druck im Dampferzeuger
den der Flüssigkeitssäulen überragt, wird erst Flüssigkeit vom Dampferzeuger zum
Kondensator gepreßt und danach Dampf. Daher wird der Druck im Dampferzeuger gleichgehalten.
In einigen Verwendungsfällen kann der Kondensator auch mit Wasser gekühlt werden.
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Bei dem in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiel ist noch
ein. Schleuderregler v vorgesehen, der eine in der Bohrung o verschiebbar angebrachte
Spindel y beeinflußt, die den Dampfzulauf vom Dampferzeuger zur Turbine derart regelt,
daß die Umlaufgeschwindigkeit gleichmäßig gehalten wird. Der Schleuderregler ist
von einer auf der Welle befestigten gasdicht geschlossenen Kappe z umschlossen.
Bei Maschinen, die keine gleichmäßige Geschwindigkeit verlangen, wie einige Arten
von Lüftern und
Gebläsen, kann der Regler v in Fortfall kommen.
In solchen Fällen braucht die Welle nicht ausgebohrt zu werden, sondern die Rohre
s können den Dampf unmittelbar aus dem Dampfraum des Dampferzeugers entnehmen.
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Wenn dem Dampferzeuger z. B. durch die Verbrennung von festem, flüssigem
oder gasförmigem Brennstoff unmittelbar Wärme zugeführt wird, ist Anilin ein. besonders
zweckmäßiges Betriebsmittel. Bei einer Temperatur von 300' C hat Anilin einen
Druck von etwa 12 kg/cm und bei i80 ° C 0,5 kg/cm. Wenn die Temperatur der
Kühlluft 30' C ist, besteht somit ein Temperaturunterschied von 15o° C zwischen
der Kühlluft und dem im Kondensator vorhandenen Mittel. Daher wird je Zeit- und
Flächeneinheit eine große Wärmemenge von dem 'Mittel zu der Kühlluft übertragen.
Die Umlaufgeschwindigkeit des Dampferzeugers und des Kondensators bewirkt eine große
Wärmeübertragung zwischen den wärmeabgebenden und den wärmeaufnehmenden Mitteln.
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Die Turbinenkraftanlage der beschriebenen Art eignet sich z. B. für
den Betrieb von elektrischen Stromerzeugern, Staubsaugern, Schleudern, Buttermaschinen,
Haushaltskühleinrichtungen gemäß dem Verdichterverfahren, Lüftern für wärmebetriebene,
luftgekühlte Absorptionskühleinrichtungen, ortsveränderlichen Einrichtungen.
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Die Maschine kann auch durch Abwärme von Küchenherden betrieben werden.
Hierbei wird die genannte Wärme vorzugsweise in Wasser bei Atmosphärendruck aufgespeichert.
Wenn Wärme von niedriger Temperatur für die Erwärmung des Verdampfers verwendet
wird, eignet sich Schwefeldioxyd als Betriebsmittel, das bei einer Temperatur von
65' C einen Druck von 12 Atm. besitzt.