DE680800C

DE680800C - Process for the operation of detonation combustion power turbines and equipment for this

Info

Publication number: DE680800C
Application number: DEH154456D
Authority: DE
Original assignee: HOLZWARTH GASTURBINEN GmbH
Current assignee: HOLZWARTH GASTURBINEN GmbH
Priority date: 1938-01-25
Filing date: 1938-01-25
Publication date: 1939-09-08

Description

Verfahren zum Betriebe von Verpuffungsbrennkraftturbinen und Einrichtung hierzu Verfahren zum Betriebe von Verpuffungsbrennkraftturbinen, deren Druckgefälle in einen Druckschwankungen aufweisenden Teil und im Druck gänzlich oder Iahezu ausgeglichene Teile zerlegt ist, sind bekanntgeworden, da sie mit einer erheblichen Steigerang der Wirtschaftlichkeit des Turbinenbe, triebes verbunden sind. Zur Vergleichmäßigung der Druckschwankungen werden dabei zwischen den einzelnen Turbinenstufen Druckausgleichsbehälter vorgesehen und vorteilhaft im Nebenschluß angeordnet. Es strömen also die Gase bei ansteigendem Druck in den Ausgleichsbehälter ein, während sie ihn bei fallendem Druck durch die gleiche Öffnung verlassen. Es wird somit vorübergehend der Überschuß an den zur Verfügung stehenden Gasmengen von dem Druckausgleichsbehälter aufgenommen, @um dem Gasstrom bei abfallender Gasmenge wieder zugesetzt zu werden.Method of operating deflagration combustion turbines and equipment this procedure for the operation of detonation combustion turbines, their pressure gradient in a part exhibiting pressure fluctuations and completely or almost balanced in pressure Parts are dismantled, have become known, as they have a significant increase in rank the profitability of the turbine operation. For equalization the pressure fluctuations are pressure equalizing tanks between the individual turbine stages provided and advantageously arranged in the shunt. So the gases flow in rising pressure in the expansion tank, while it is falling Leave pressure through the same opening. It thus temporarily becomes the excess absorbed in the available gas quantities from the pressure equalization tank, @ to be added to the gas flow again when the amount of gas decreases.

Zum Aufbau derartiger druckfester Ausgleichsbehälter hat man bisher die üblichen Werkstoffe angewandt, so daß letztere zur Erhaltung der Baustoffestigkeit entweder entsprechend gekühlt oder vor den Auswirkungen der hohen Temperaturen der Verbrennungsgase geschützt werden müssen. Beide Notwendigkeiten sind nicht frei. von Nachteilen.. Die Kühlung des Ausgleichsbehälters bringt Wärmeverluste mit sich, während die Herstellung des Wärmeschutzes deshalb zu technischen. Schwierigkeiten führt, weil die Wärmeschutzvorrichtung den. auftretenden starken Druck- und Temperaturunterschieden nicht ohne Anwendung besonderer Maßnahmen gewachsen ist. Man hat daher auch beide Maßnahmen gleichzeitig angewandt und die Innenwand des Druckausgleichsbehälters mit Rohrschlangen besetzt, die von zu überhitzendem Nutzdampf durchströmt waren. Zwischen den Überhitzerrohren und der Wandung des Druckausgleicksbehälters wurden die Wänneschutzmassen vorgesehen. Auf diese Weise konnten die Wärmeverluste im Ausgleichsbehälter auf diejenigen Wärmemengen beschränkt werden, die den Verbrennungsgasen in jedem Falle zur Überhitzung des durchweg mittels der Wandungswärme der Verpuffungskammern erzeugten Dampfes zu entziehen sind. Aber auch dieses Verfahren ist deshalb nicht als befriedigende Lösung anzusehen, weil die Überhitzungswärme für den Dampf finit erheblich größeren Vorteilen. noch den Gasen entnommen werden kann, deren Druckgefälle bereits völlig verwertet worden ist, weil diesle Gase bei entsprechender Ausbildung der Verpuffiungsbrennkraftturbineeinen zu dieser überhitzung immer noch ausreichenden Wärmeinhalt besitzen; diese Vorteile bestehen. darin, daß nicht mehr durch einen unnötig früh-. zeitigen Wärmeentzug das Arbeitsgefällte der Verbrennungsgase in den auf fixen Wärmeentzug folgenden Diehnungsstufen beeinträchtigt wird. Wenn. auch durch die Anordnung der Überhitzerschlangen die Wärmeschutzmassen dem unmittelbaren Einfluß der Verbrennungsgase entzogen sind, so bleiben sie trotzdem. den Druck- und Temperaturunterschieden in erheblichem Umfange ausgesetzt, womit sich wiederum die Schwierigkeiten einstellen mußten, die bereits erwähnt wurden.For the construction of such pressure-resistant expansion tanks one has so far the usual materials are used, so that the latter is used to maintain the strength of the building material either appropriately chilled or protected from the effects of high temperatures Combustion gases need to be protected. Both necessities are not free. of disadvantages .. The cooling of the expansion tank entails heat losses, while the manufacture of thermal protection is therefore too technical. trouble leads because the thermal protection device the. occurring strong pressure and temperature differences has not grown without applying special measures. So you have both Measures applied simultaneously and the inner wall of the surge tank occupied with pipe coils through which the steam to be superheated flowed through. Between the superheater tubes and the wall of the pressure compensation tank were the tub protection masses provided. In this way, the heat losses in the expansion tank could be limited to the amounts of heat that the combustion gases in each Trap to overheat the consistently by means of the wall heat of the deflagration chambers generated steam are to be withdrawn. but also this procedure is therefore not to be regarded as a satisfactory solution, because the overheating for the steam finite considerably greater advantages. can still be taken from the gases can, whose pressure gradient has already been fully utilized, because diesle gases in corresponding design of the deflagration combustion turbine to this overheating still have sufficient heat content; these advantages exist. in that no longer by an unnecessarily early. early heat extraction the work-pleasing the Combustion gases are impaired in the warning levels following fixed heat extraction will. If. the heat protection masses also through the arrangement of the superheater coils are withdrawn from the direct influence of the combustion gases, they still remain. exposed to the pressure and temperature differences to a considerable extent, with which the difficulties that have already been mentioned had to arise again.

Vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man diese Nachteile und. Schwierigkeiten völlig beseitigen kann, wenn man den Wärmeentzug aus den den Ausströmbehälter erfüllenden Gasen. unterbindet oder so weitgehend wie möglich beschränkt. Das ausgehend von dieser Erkenntnis vorgeschlagene Verfahren zum Betriebe von Verpuffungsbrennkraftturbinen, - deren Druckgefälle in einen Druckschwankungen aufweisenden Teil und firn Druck gänzlich oder nahezu ausgeglichene Teile zerlegt ist, kennzeicbxnet sich dadurch, daß die dem Druckausgleich dien-enden Räume dem Einfuß von Temperaturen. unterworfen werden, die den mittleren Temperatüren die Ausgleichsräume erfüllender Gase entsprechen, so daß der Druckausgleich runter Verminderung oder Beseitigung des Wärmeabflusses aus diesen Gasen erfolgt. Dieses Verfahren ist durchführbar, weil es Werkstoffe gibt, die bei den im Ausgleichsbehälter in diesem Falle auftretenden Gastemperaturen eine ausreichende Warmfestigkeit besitzen. Da- als Räume geeignet hoher Temperatur insbesondere die vom Treibmittel erfüllten Räume in Betracht kommen, kennzeichnen sich erfindungsgemäß ausgebildeteVerpuffungsbrennkraftturbinen mit Druckausgleichsbehälbern zwischen den Turbinenstufen vorzugsweise durch Anordnung der Druckausgleichsbehälter innerhalb des Treibmittelstromes.The present invention is based on the recognition that one can overcome these disadvantages and. Difficulties can be completely eliminated by removing heat from the Outflow container filling gases. prevented or restricted as far as possible. The method proposed on the basis of this knowledge for the operation of detonation combustion power turbines, - their pressure gradient in a part exhibiting pressure fluctuations and in the pressure completely or almost balanced parts is dismantled, is characterized by that the rooms which serve to equalize the pressure are subject to the influence of temperatures. subject which correspond to the mean temperatures of gases that fill the equalization spaces, so that the pressure equalization down reducing or eliminating the heat flow takes place from these gases. This procedure is feasible because it materials are the gas temperatures occurring in the expansion tank in this case have sufficient heat resistance. As rooms suitable for high temperature in particular, mark the spaces filled by the propellant according to the invention designed deflagration combustion power turbines with pressure equalizing tanks between the turbine stages, preferably by arranging the pressure equalization tank within the propellant flow.

In diesem Zusammenhang angestellte Beobachtungen haben ergeben, daß leine weitgehende Übereinstimmung der Temp@eraburzzstände inner- und außerhalb der Druckausgleichsbehälter dann festzustellen ist, wenn bei Verpuffungsbrenukraftturbinen ruft nur einem Druckausgleichsbehälter letzterer im: Wege der Aussträmgase, insbesondere der letzten Turbinenstufe, -angeordnet ist. Diese Erscheinung muß darauf- zurückgeführt werden, daß ein Teil der Verbrennungsgase während der durch den Verpuffungsbrennkraftturbinenbetrieb auftretenden. Druckschwankungen dauernd im Druckausgleichsbehälter zurückbleibt, sich durch die verbleibenden, wenn auch geringen Wärmeverluste, die an den Wandungen reintreten, abkühlt und so die firn Behälter herrschende mittlere Temperatur herabsetzt. Auf diesen Umstand muß @es auch zurückgeführt werden, daß die Wandungen des Behälters nicht den Beanspruchungen unterworfen werden, die sich auf Grund der beim Eintritt der Gase in den Drucknusgleichsbehälter herrschenden Gastemperaturen ergeben müssen, so daß die Warmfestigkeit der zur Erfüllung- derartiger Zwecke bekanntgewordenen Werkstoffe ausreicht, um den tatsächlich ,auftretenden Beanspruchungen in vollem Ausmaße genügen. zu können. Andererseits bestehen nicht die geringsten. Schwierigkeiten in bezug auf die Ausnutzung,derjenigen Wärmemengen, die möglicherweise aus dem Druckausgleichsbehälter an die Ausströmgase abgegeben werden. Denn bekanntlich wird gerade den Aüsströmgasen der Wärmeinhalt durch im Wege derselben angeordnete Wärmetauscher möglichst weitgehend lentzogen, gleichgültig, ob es sich um die Vorwärmung, um die Dampferzeugung oder die Dampfüberhitzung handelt. Diese Wärmetauscher können aber besonders zweckmäßig indem Ringraum zwischen dem Druckausgleichsbehälber und den Wandungen der die Ausströmgase führenden Leitungen angeordnet werden, um unter Ausnutzung der hierdurch entstehenden baulichen und räumlichen. Vorteile. mit Sicherheit. auch diejenigen Wärmemengen zu erfassen, die trotz der weitgehenden übereinstimmung in den Temperaturzuständen inner- und außerhalb des DruckausgleichsbehMters noch auf die Ausströmgase übergehen sollten. Dieser Vorschlag beseitigt nicht die Möglichkeit, derartige Wärmetauscher als selbständige Einheiten in die Ausströrngasleiiung @so einzuschalten; daß die Ausströmg ase zunächst den Druckausgleichsbehälber umströmen, ehe Sie mit dem Wärmetauscher zur Berührung gelangen. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß die Ausströrngase erst -abgekühlt werden, nachdem sie den D-ruckausgleichsbehälter bereits umströmt haben.Observations made in this connection have shown that There is no extensive agreement between the temp @ era shortcuts inside and outside the Pressure equalization tank is to be determined when in deflagration power turbines only calls the latter in a pressure equalization tank: by way of the exhaust gases, in particular the last turbine stage, is arranged. This phenomenon must be traced back to it that a portion of the combustion gases during the deflagration turbine operation occurring. Pressure fluctuations remain permanently in the pressure compensation tank, through the remaining, albeit small, heat losses on the walls Step inside, cool down and thus lower the mean temperature prevailing in the container. It must be attributed to this fact that the walls of the container are not subjected to the stresses that arise due to the entry of the gases in the pressure compensator must result in the prevailing gas temperatures, so that the heat resistance of those that have become known to fulfill such purposes Materials are sufficient to withstand the actual, occurring stresses in full Dimensions are sufficient. to be able to. On the other hand, not the slightest exist. trouble with regard to the utilization of those amounts of heat that may possibly come from the pressure equalization tank are released to the exhaust gases. Because, as is well known, the outflow gases the heat content as much as possible by means of heat exchangers arranged in the same way withdrawn, regardless of whether it is preheating, steam generation or the steam overheating is involved. However, these heat exchangers can be particularly useful by the annular space between the pressure equalization tank and the walls of the outflow gases leading lines are arranged to take advantage of the resulting structural and spatial. Advantages. for sure. also those amounts of heat to record, despite the extensive agreement in the temperature states inside and outside of the pressure equalization tank still transfer to the outflow gases should. This proposal does not eliminate the possibility of such heat exchangers to be switched on as independent units in the Ausströrngasleiiung @so; that the Outflow gases first flow around the pressure equalization tank before they go to the heat exchanger get to touch. Such an arrangement has the advantage that the discharge gases only be cooled down after it has already flowed around the pressure expansion tank to have.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens, und zwar gibt Abb. t ,einen senkrechten Schnitt durch eine zweistufige Verpuffungsbrennkraftturbine mit Anordnung des zwischen den beiden .Stufen vorgesehenen Druckmusgleichsbehälters in der Auspuffleitung der letzten Turbinenstufe wieder.The drawing shows, for example, embodiments of the inventive concept, namely Fig. t, a vertical section through a two-stage deflagration internal combustion turbine with arrangement of the pressure equalizing tank provided between the two stages in the Exhaust pipe of the last turbine stage again.

Abb. z zeigt in derselben Darstellung eine Anordnung, bei der der Mngraum zwischen Druckausgleichs'behälter und Auspuffleitung zurUnterbringung von überhitzerrohren dient, während Abb. 3 einer Draufsicht auf die Anordnung nach Abb. z in vergrößertem Maßstab. entspricht.Fig. Z shows in the same representation an arrangement in which the Small space between the pressure equalization tank and the exhaust line to accommodate Superheater tubes are used, while Fig. 3 is a plan view of the arrangement according to Fig. z on an enlarged scale. is equivalent to.

In Abb. i bezeichnet i eine der beiden Verpuffungskammern, die gemeinsam die Turbinenstufen mit Treibmittel versorgeai. In bekannter Weise wird jede der beiden Verpuff ungskammern i durch die Einrichtungen z, 3 mit Brennstoff und Luft aufgeladen. Das so gebildete zündfähige Gemisch wird durch Zündkerzen q. entzündet. Die auf diese Weise gebildeten hochgespannten, hocherhitzten Verbrennungsgase werden über das Düsenventil s, das gerade in der geöffneten Stellung gezeichnet ist, zu den Düsen 6 der ersten Turbinenstufe zu entlassen. Im ersten Teil der Dehnung strömen über Düsenventil 5, Düsen 6 mehr Verbrennungsgase, als die nachgeschalteten Düsen 7 schlucken können. So erhöht sich daher der Druck vor den Düsen 7, so daß ein. Teil der Verbrennungsgase über den Krümmer 8 zum Druckausgleichsbehälter 9 zu abströmt. Im weiteren Verlauf der Dehnung nimmt der Druck der Verbrennungsgase in der Verpuffungskammer i ab; entsprechend nehmen die durch die Düsen 6 je Zeiteinheit strömenden Feuergasmengen ab, womit der Druck vor den Düsen 7 sinkt. --Es strömt daher ein Teil der im Ausgleichsbehälter 9 angestauten Gase durch den Krümmer 8 zurück und durchströmt zusammen mit der verringerten Gasaustrittsm@enge der Düsen 6 die Düsen 7. Diejenigen Gase, die in der zweiten Turbinenstufe abgearbeitet worden sind, verlassen das Turbinengehäuse über den Auspuffstutzen i o und die sich an diesen anschließende Auspuffleitung i i. Nach Schluß des Düsenventils 5 werden aus der Verpufunggkammer i die restlichen Verbrennungsgase ausgespült, indem sich das Spülluftventil i a unter gleichzeitiger Eröffnung des Auslaßventils 13 öffnet.In Fig. I i denotes one of the two deflagration chambers, which are common the turbine stages are supplied with propellant. In a known way, each of the two Verpuff ungskammern i through the facilities z, 3 with fuel and air charged. The ignitable mixture thus formed is replaced by spark plugs q. ignited. The highly stressed, highly heated combustion gases formed in this way become via the nozzle valve s, which is just drawn in the open position, to to discharge the nozzles 6 of the first turbine stage. Flow in the first part of the stretch Via nozzle valve 5, nozzles 6, more combustion gases than the downstream nozzles 7 can swallow. So therefore increases the pressure in front of the nozzles 7, so that a. Part of the combustion gases flows through the manifold 8 to the pressure compensation tank 9. As the expansion continues, the pressure of the combustion gases in the deflagration chamber decreases i from; The amounts of fire gas flowing through the nozzles 6 per unit of time increase accordingly from which the pressure in front of the nozzles 7 drops. - Therefore some of the flows in the expansion tank 9 accumulated gases back through the manifold 8 and flows through together with the reduced Gas outlet size of the nozzles 6 the nozzles 7. Those gases in the second Turbine stage have been processed, leave the turbine housing via the exhaust port i o and the following exhaust line i i. After closing the nozzle valve 5 the remaining combustion gases are flushed out of the explosion chamber i, by opening the purge air valve i a while opening the outlet valve 13 opens.

Während bei derartigen, an sich bekannten Turbinenanlagen bisher der Druckausgleichsb@ehälter 9 außerhalb der treibmittelerfüllten Räume der Verpuffungsbrenikraftturbine vorgesehen und vorzugsweise mit seiner Längsachse parallel zu den Längsachsen der Verpuffungskammern i zwischen diesen und der Ausströmleitung angeordnet war, ist der Druckausgleichsbehälter erfindungsgemäß in die Ausströmleifiung i i verlegt worden, weil dadurch die Möglichkeit besteht, den W4rmeentzug aus den im Druckausgleichsbehälter befindlichen Verbrennungsgasen zu beseitigen oder weitestgehend zu beschränken. Diese Möglichkeit entsteht deshalb, weil die Temperaturverhältnisse inner- und :außerhalb des Druckausgleichsbehälters bei der dargestellten Anordnung annähernd die gleichen sind. Soweit noch ein Wärmeübergang auf die Auspuffgase erfolgen sollte, ist er geringfügig -und selbst :dann zu vernachlässigen, wenn, abweichend von der üblichen Anordnung, nicht Wärmetauscher vorgesehen sein sollten, die den Ausströmgasen .die fühlbare Wärme entziehen und sie nutzbar verwerten. Gemäß der üblichen Anordnung sind aber stets derartige Wärmetauscher als besondere Einheiten vorhanden, so daß die Ausnutzung selbst der geringfügigen, noch. übergehenden Wärmemengen gewährleistet ist.While in such, known turbine systems so far Pressure equalization tank 9 outside of the propellant-filled spaces of the deflagration breni power turbine provided and preferably with its longitudinal axis parallel to the longitudinal axes of the Deflagration chambers i was arranged between these and the exhaust line is according to the invention, the pressure equalization tank is moved into the discharge line i i because there is the possibility of removing the heat from the pressure equalization tank to eliminate or as far as possible to limit existing combustion gases. This possibility arises because the temperature conditions inside and outside of the pressure equalization tank in the arrangement shown are approximately the same are. As far as there should be a heat transfer to the exhaust gases, it is insignificant - and even: to be neglected if, deviating from the usual Arrangement, not heat exchangers should be provided, which .die the outflow gases Extract sensible heat and utilize it in a usable manner. According to the usual arrangement but such heat exchangers are always available as special units, so that taking advantage of even the insignificant, yet. transferring amounts of heat guaranteed is.

Die Abb. z und 3 zeigen die besondere Ausbildung, die derartigen Wärmetauschern mit Rücksicht auf die erfindungsgemäß getroffene Anordnung des .Druckausgleichsbehälters im Wege der Ausströmgase gegeben werden kann. Der in diesem Falle als überhitzer ausgebildete Wärmetauscher besteht aus einer Anzahl von Rohrschlangen 14, die in dem Ringraum 15 zwischen Druckausgleichsbehälter 9 und Ausströmleitung io in der durch Abb.3 erläuterten Anordnung untergebracht sind. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine ,äußerst gedrängte und raumsparende Anordnung, sondern den A:usströmgasen wird auch in dem Ringraum eine höhere Geschwindigkeit erteilt, die durch die hierdurch hervorgerufenen Wirbelungen zu erhöhten Wäxmeübergängen führt. Der Überhitzung wird dabei zweckmäßig der Nutzdampf unterworfen, der durch Umwälzung von Wasser durch die Kühlräume der Verpuffungsbrennkraftturbine, insbesondere der der Verpuf, fungskammern, unter Ausnutzung der Wandungswärme erzeugt worden'ist.Figs. Z and 3 show the special design that can be given to such heat exchangers with regard to the inventive arrangement of the pressure compensation container by way of the outflow gases. Which in this case formed as a superheater heat exchanger consists of a number of tube coils 14, the outlet duct 9 and are accommodated in the io explained by Fig.3 arrangement in the annular space between the surge tank 1 5. This not only results in an extremely compact and space-saving arrangement, but the outflow gases are also given a higher speed in the annular space, which leads to increased heat transfer due to the turbulence caused by this. The overheating is expediently subjected to the useful steam that has been generated by circulating water through the cooling spaces of the deflagration combustion turbine, in particular that of the deflagration chambers, utilizing the wall heat.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method of operation - of deflagration combustion turbines, their pressure gradient in a part exhibiting pressure fluctuations. and in print throughout or almost balanced parts is disassembled, characterized in that the dem Pressure equalization-serving rooms. Are subjected to the influence of temperatures, which correspond to the mean temperatures of gases filling the equalization spaces, so that the pressure equalization with reduction or elimination of the. Heat dissipation from the gases to be equalized in the pressure. z. Deflagration internal combustion turbine time pressure adjustment tanks between the Turbine stages for implementation of the method according to claim i, characterized by the arrangement of the pressure equalization containers within the propellant flow. 3. Deflagration internal combustion turbine according to claim 2 with a pressure equalization tank arranged between the turbine stages by arranging the pressure compensation tank in the. Paths of the exhaust gases. 4 .. Explosive combustion turbine according to one of claims 2 and 3, characterized by the arrangement of the pressure compensation tank or the container in the discharge nozzle of the last turbine stage. 5. Deflagration turbine according to one of claims 2 to q., characterized by the arrangement of heat exchangers, preferably for overheating the by utilizing the turning heat of the deflagration combustion power turbine generated steam, in the space between the surge tank and the gas-carrying walls.