DE6941982U - HOT AIR TURBINE - Google Patents

HOT AIR TURBINE

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DE6941982U
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turbine according
wheel
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thermal compressor
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Richard Dipl Ing Schiel
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F01K21/047Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

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• tier i • tier i « ·«·

sill \sill \

Heissluft - Turbine. KpUn«.RichardScbifllHot air turbine. KpUn «.RichardScbifll

s=======*at========*=e===e Stuttgart-Lederbsrgs ======= * at ======== * = e === e Stuttgart-Lederbsrg

Im Rosenbuscii 1Im Rosenbuscii 1

Das- Muster betrifft eine Heissluf t-Turbine ,die als sehr einfache
Wärmekraftmaschine auch für kleine Lesitungen ausgeführt werden
kann. Sie beruht auf der neuartigen Kombination des,an sich bekannter /fäfermischen Verdichters^" mit dem ebenfalls längst bekannten "Seg- ! nerschen Wasserrad". Diese Kombination erlaubt es die Wärme bei
sehr hoher Temperatur zu- und bei recht niedriger abzuführen.Das
ergibt einen hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig sehr hoher Drehzahlalso eine kleine,billige, gute Maschine. £s sind hier,als Beispiel,
zwei der vielen möglichen Ausführungsarten dieser HeisEsiuit-Turbine
beschrieben. J-n der einen ist dem Segnerrad der Thermische-Verdichtei vorgeschaltet.Hierzu die Zeichnungen mit den Figuren 1 und 2 und 3
äowie 6. Bei den anderen ist der Theimische Verdichter dem Segner- \ rad nachgeschaltet und als Diffusor ausgebildet.Hierzu die Figuren j 4, 5 und 7. j
The pattern concerns a hot air turbine, which is considered to be very simple
Heat engine can also be designed for small lines
can. It is based on the novel combination of the well-known / Fäfermischen compressor ^ "with the also long-known" Seg-! nerschen waterwheel ". This combination allows the heat at
at a very high temperature and discharged at a very low temperature
results in a high degree of efficiency with a very high speed at the same time, i.e. a small, cheap, good machine. £ s are here, as an example,
two of the many possible designs of this HeisEsiuit turbine
described. In one of these, the thermal compression unit is connected upstream of the Segner wheel, as shown in the drawings with FIGS. 1 and 2 and 3
äowie 6. In the other of the compressor is the Theimische Segner- \ rad and downstream of a diffuser ausgebildet.Hierzu the figures j 4, 5 and 7. j

Fig.1 zeigt einen schematischen und stark vereinfachten senkrechten |Fig.1 shows a schematic and greatly simplified vertical |

s Schnitt durch die Anlage mit vorgeschaltetem Verdichter.Fig.2 gibt f den Horizontalschnitt hierzu.Fig.4 bietet den Hormzontalschnitt f durch die Anlage mit nachgeschaltetem Verdichter. Fig.3 und Fig.5 | zeigen die thermodynamischen Vorgänge im bekannten T-S-Diagramm für $ Luft.Fig.6 und 7 bringen die Darstellungen im bekannten Q-L-Dia- | gramm. |s Section through the system with upstream compressor. Fig. 2 shows the horizontal section f. Fig. 4 shows the hormonal section f through the system with downstream compressor. Fig. 3 and Fig. 5 | show the thermodynamic processes in the well-known TS diagram for $ air. Figs. 6 and 7 show the representations in the well-known QL-Dia- | gram. |

Der thermische Verdichter 1 liegt vor dem,als Stab gleicher Fes- IThe thermal compressor 1 is in front of, as a rod of the same Fes- I

I tigkeit ausgebildeten,Segnerrad 2,das von einem,gegenläufigen,Pel- | tonrad 3 umschlossen ist.Bei 4- tritt Aussenluft von z.B. 1 ata und? | 17 Grad C ein und bei 5 Brenngas oder Heizöl.Sech der Zündung der § Dauerflamme ergibt sich eine Art Bunsenbrenner dessen Flamme vom | Luftstrom weit mitgerissen wird.Dieser wird dadurch erst isobar er- | Mtzt bis Punkt 6,dann aber weiter isotherm bis in die Lavaldüse | hinein zum Punkt 6a.üun expandiert die heisse Luft adiabatisch bis | au| z.B. 0,02 ata und I7 Grad C zum Punkt 7a.-£1ier wird nun aus der | Leitung 8 in Stromrichtung zerstäubend kaltes Wasser eingespritzt. 1 SfS fcenetzt die Hohrwand innen und vernebelt sich in der Luft.Hier- 1 durch kühlt die sich durch den Staudruck /verdicte^dißi Lu£k laufend l wieder ab. IiIl ITA fl £Π1 J I activity trained, Segnerrad 2, which is operated by a, counter-rotating, Pel- | tone wheel 3 is enclosed. At 4, outside air of e.g. 1 ata and? | 17 degrees C on and at 5 fuel gas or heating oil. Six of the ignition of the § pilot flame results in a kind of Bunsen burner whose flame from | Air flow is entrained to a great extent. This is only then made isobaric | Mtzt to point 6, but then further isothermally to the Laval nozzle | into point 6a.üun the hot air expands adiabatically to | au | e.g. 0.02 ata and I7 degrees C at point 7a.- £ 1 ier now becomes the | Line 8 is injected with atomizing cold water in the direction of flow. 1 SfS fcenetzt Hohrwand the inside and nebulized in the Luft.Hier- 1 by cools extending through the back pressure / verdicte ^ Dissi Lu £ k l continuously again. IiIl ITA fl £ Π1J

D§s Luft-Wasserdampfgemisch folgt einer Verdampfungslinie*etwa gleich der rechten G^enzkurve iia bekannten i-S-Diagramm,bis Punkt 10.nun tritt sie in das Segnerrad ein.Dessen weitere Einzelheiten, wie Lagerung, Stopf büchse »Kraftabnahme u.s.w.sind-da bekannt-; nicht: besonders eingezeichnet, üier wird sie zunächst adäabatisch hochverdichtet bis Punkt 12,dann durch die zweite Flamme,der Sauerstoffrest in der Luft reicht für diese nocii zu,bis 12a isobar und ι weiter bis 12b adiabatisch,durch die Zentrifugalkraft,verdichtet. Aus der Lgvaldüse 25 tritt sie,entgegengesetzt der Umfangsgeschwindigkeit aus,im Punkt 14. Sie gibt ihre Restgeschwindigkeit an das Peltonrad 5 ab und tritt nun so,entspannt und kalt,ins F^eie, Punkt 1S. Zugeführt wurde die lüäriae enfcsppersh«n<J der Flachs F1+F2+F5+F4,abgeführt die Wärme entsprechend den Flächen F5+F4. Die abgeführte Äärme ist durch Erwärmung und Verdampfung des zugeführten Wassers aufgenommen worden.Der Dampf aiscbt sich der Luft bei und leistet dann nohh zusätzlich Arbeit, ,was in der **ereehnung des "irkungsgrades einzurechnen ist. Der Stab gleicher Festigkeit» also das begnerrad,ist so in seiner Fora ausgebildet»dass er sich für höchste Drehzahl im Vacuum eignet. Br ist ausserdea aus verschiedenen "erkstoffen hoher Reisslähge,aber mit nach aussen hin fallendem spez.Gewicht,hergestellt, -ausserdeia kann er ev. noch durch einen besonderen Wasserkreislauf gekühlt werden,Die Lava!düseη können mit einem bei hoher Temperatur verschleissfesten Material ausgebildet sein,z.B. aus Wolframcarbid.Ε? ist natürlich si> gelagert dass er sich auf seine theoretische Drehachse frei hängend einpendeln kann und läuft darum weit überkritisch sehr ruhig.Mam kann ihm dadurch etwas die doppelte Umfangsgeschwindigkeit der heute üblichen l'urb ine nr ader zumuten,alsc etwa 1000 κ/sec. Das Segnerrad nimmt darum die Hauptleistung der Turbine auf ,weit über 80 ^S,das Peltonrad nur den Best.Das Segnerrad hat aber deijhervorragend gut^n Dlisenwirkungsgrad.Der viel schlechtere Schaufelwirkungsgrad des PeI-tonrades verliert so an Bedeutung. Wohingegen die heutigen Dampfturbinen nur auf den so schlechten Schaufelj^jteinsje^ac^p beru—The air-water vapor mixture follows an evaporation line * roughly equal to the right-hand ultimate curve in the well-known iS diagram, up to point 10 it now enters the Segner wheel. Its further details, such as storage, stuffing box, power consumption, etc., are known there -; not: especially drawn, it is first adaabatically highly compressed up to point 12, then by the second flame, the oxygen residue in the air is enough for this nocii, up to 12a isobaric and ι further up to 12b adiabatically, by centrifugal force. It emerges from the Lgval nozzle 25, opposite to the circumferential speed, at point 14. It transfers its residual speed to the Pelton wheel 5 and now enters the air, relaxed and cold, at point 1S. The energy of the flax F1 + F2 + F5 + F4 was supplied, and the heat dissipated according to the areas F5 + F4. The heat dissipated has been absorbed by heating and evaporation of the supplied water. The steam is added to the air and then does additional work, which is to be included in the expansion of the "degree of efficiency. Its shape is designed in such a way that it is suitable for the highest speed in a vacuum. Br is also made of various "materials of high tear length, but with a specific weight that falls outwards, and it can also be produced through a special water cycle be cooled, The Lava! nozzleη can be formed with a material that is wear-resistant at high temperature, for example made of tungsten carbide. of course si stored> that he can settle freely suspended its theoretical axis of rotation and runs it well above critical very ruhig.Mam can him by something twice the peripheral speed of the present-day l'urb ine nr vein expect, ALSC sec about 1,000 κ /. The Segner wheel therefore consumes the main power of the turbine, well over 80 ^ S, the Pelton wheel only the best. The Segner wheel, however, has an outstandingly good Dlisen efficiency. The much poorer blade efficiency of the Pelton wheel loses its importance. Whereas today's steam turbines are only based on the bad blades.

Das Segnerrad 1<-> der Fig.4 hat nicht mehr die Stabform,sondern nur noch die einer Szheibe gleicher Festigkeit.Die ^elizahl ist hier also geringer,dafür aber der Düsenquerschnitt viel grosser.Der thermische Verdichter 1? mit den Leitschaufeln 17a ist hier als Spiralgehäuse-Diffusor ausgebildet. Die Luft tsitt bei 19 zu,wird durch die Bunsenflamme bis Punkt 21,nach adiabater YßrverdiciituBa;The Segner wheel 1 <-> of Fig. 4 no longer has the bar shape, but only nor that of a disk of the same firmness. The number is here So smaller, but the nozzle cross-section is much larger thermal compressor 1? with the guide vanes 17a is here as Formed volute diffuser. The air tsitt at 19 too, will through the Bunsen flame to point 21, after adiabatic YßrverdiciituBa;

- 3 - . /Ii - 3 -. / Ii

"J"J

schwindigkeit,aber wegen der Gegendrehung mit kleinerer Ibsolutgeschwindigkeit,jedoch völlig kalt,in den Diffusor ein.^ier mischt sich das Abgas,wieder möglichst impulsarm und unter möglichster Vermeidung von VQrdichtungsstössen,mit dem kalten Wasser der Leitung 18 und der Spritzdüsen 18a.Der Brennstoff war durch die Leitung 2h- dem Segnerrad 16 zugeführt worden.Durch die Fliehkraft vorverdichtet raid erwärmt brennt er dann mit sehr heisser Flamme.In Punkt 24a tritt das Abgas,kalt und entspannt, ins Freie.Zugeführt wurde die «ärics entsprechend den Flächen ^5 + F6,abgeführt nur F6. Der wirkungsgrad nähert sich dem Carnots. Aus dem bekannten Q-L-Diagranm der Figuren 6 und 7 kann man den verlustlosen Wirkungsgrad beider Maschinen direkt abgreifen.speed, but due to the counter-rotation with smaller Ibsolutgeschwindigkeit but completely cold, into the diffuser a. ^ ier the exhaust gas is mixed again possible impulsarm and rdichtungsstössen with possible avoidance of V Q, with the cold water of the line 18 and the spray nozzles 18a. The fuel was fed through line 2h- to the Segner wheel 16. Pre-compressed by the centrifugal force raid, it then burns with a very hot flame. At point 24a, the exhaust gas, cold and relaxed, escapes into the open ^ 5 + F6, discharged only F6. The efficiency approaches that of Carnots. The lossless efficiency of both machines can be directly tapped from the known QL diagram in FIGS. 6 and 7.

Statt die Wärme direkt als Flamme zuzuführen kann man natürlich auch indirekte Erwärmung,ζ.B. durch "armetauscher,entsprechend umgebaut verwenden.Der Prozess lässt sich schliesslich,allerdings in den Einzelteilen stark abgeändert,auch für Wasserdampf verwenden. Die Isothermen kann man dann durch einen Schaum aus Wässerdampf und einem heissen,noch nicht siedendem öl,erreichen. Je höher die Drehzahl des Segnerrades,umso mehr Arbeit nimmt dieses gegenüber dem Peltonrad auf.Damit im Diffusor 17 genügend Gasgeschwindigkeit erreicht wird müssen die Lgcvaldüsen und Leitschaufeln entsprechnde Neigungswinkel erhalten,denn es gilt ja das Gesetz KxxY w=w - U.COS Alfa,wenn w die Eintrittsgeschwindigkeit des Gases in den Diffusor,wrel die gelativgeschwindxgkeit des Gases gegenüber der Düse, u die Umfangsgeschwindigkeit des Rades und Alfa den Neigungswinkel der Düsen bezelehnet,25· Man kann auch zur Wassereinspritzung besondere Bohrungen im Segnerrad heranziehen. 2ur Inbetriebnahme ist die Heissluft-X'urbine von aussen her anzudrehen.Instead of supplying the heat directly as a flame, you can of course also use indirect heating, ζ.B. The process can also be used for water vapor, although the individual parts have been greatly modified. The isotherms can then be achieved using a foam made up of water vapor and a hot, not yet boiling oil. The higher the Rotational speed of the Segner wheel, the more work it takes on compared to the Pelton wheel. In order for sufficient gas speed to be achieved in the diffuser 17, the Lgcval nozzles and guide vanes must have the appropriate angle of inclination, because the law KxxY w = w - U.COS Alfa applies if w die entry velocity of the gas in the diffuser, w rel the gelativgeschwindxgkeit of G a ses opposite the nozzle, and the circumferential speed of the wheel and Alfa the inclination angle of the nozzle bezelehnet, 25 · One can also use water injection special holes in the Segner wheel. 2UR commissioning, the hot air - X 'urbine from the outside to rotate forth.

Claims (9)

·»£· £L —■· »£ · £ L - ■ 1. Ee issluft-'iurbine, dadurch gekennzeichnet,dass,zur Ausführung der theuiiodynaiaischen Zustandsänderung=«,ein,aa sich bekannter., thermischer Verdichter (1 oder 17) mit einem,an sich bekannten, Segnerrad (2 oder 16) in Serie geschaltet sind.1. Ee issluft-'iurbine, characterized in that, for execution der Theuiiodynaiaischen change of state = «, a, aa known., thermal compressor (1 or 17) with a known per se, Segnerwheels (2 or 16) are connected in series. 2. Heissluft-Turbine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dass der thermische Verdichter^1) als Rohr dem Segnerrad (2)vorgeschaltet ist,wobei das Segnerrad (2) noch durch ein Fe£tonrad(3) gegenläufig umhüllt ist.2. Hot-air turbine according to claim 1, characterized in that the thermal compressor ^ 1 ) is connected upstream of the Segner wheel (2) as a tube, the Segner wheel (2) still being encased in opposite directions by a Fe £ tonrad (3). 3* Heissluft-!Turbiiie nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet ,dass der thermische Verdichter als Diffusor in Spiralform ausgebildet (17) dem Segnerrad (.16) das als Scheibj» oder stab gleicher Festigkeit ausgebildet ist, nachgeschaltet ist.3 * hot air! Turbiiie according to claim 1, characterized in that the thermal compressor designed as a diffuser in spiral shape (17) the Segner wheel (16) that as a disc or rod of the same strength is formed, is connected downstream. 4-. Hpissluft-Turbine nach Anspruch 3 »dadurch ge kennzeichnet,dass die Heigung der Leivaldüsen(25) so stark ausgebildet ist(?ig.A), das? die Abgasrestgeschwindigkeit gerade genügt um sich auf den Auspuffdrack zu verdichten (24-a)»4-. Hpissluft turbine according to claim 3 »characterized in that the slope of the Leival nozzles (25) is so strong (? fig. A), the? the residual exhaust gas speed is just enough to get on the Compress exhaust rack (24-a) » 5· !Turbine nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichne ,dass,bei Vorwendung von Wasserdampf statt Luft,die Bunsenflamme durch vorgeschaltete Dampfkessel und der Diffusor durch einen Kondei3f?ator ersetzt ist.5 ·! Turbine according to claim 1, characterized in that, when used of water vapor instead of air, the Bunsen flame through upstream Steam boiler and the diffuser is replaced by a condenser. 6. Heissluft-Turbine nach Anspruch 1 bis 4-,dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung im theMiischen Kompressor (1 oder 17) entlang der rechten Grenzkurve im bekannten i-S--Diagramm für Wasserdampf erfolgt.6. hot air turbine according to claim 1 to 4-, characterized in that that the compression in the thermal compressor (1 or 17) along the right limit curve in the well-known i-S diagram for water vapor he follows. 7« Turbine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dass,be!Verwendung sehr hoher Temperaturen,das Segnerrad mit Eonälen versehen ist, durch die Kühlwasser zirkulieren kann.7 «Turbine according to claim 1, characterized in that, when! Use very high temperatures, the Segner bike is equipped with eonals, through which cooling water can circulate. 8. Turbine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dass,in Ausnahmefällen,die Bunsenbrenner durch Düsen ersetzt sind,durch die eine heisse -ß'lüssigkeit eintreten kann,die dann die annähernd isobare und isotherme -e<rwärmung(Punkt 20 über 21 nach 22) als Schaumkomponente durch innige Mischung mit der Luft oder dem Wasserdampf vornimmt ,worauf die Flüssigkeit, durch die Fliehkraft abge schieden t| äussen wieder vorgewärmt wird und awar indirekt,a.B. durch Kernreaktorwärme ,worauf sie dem ^egnerrad wiegle8. Turbine according to claim 1, characterized in that, in exceptional cases, the Bunsen burners are replaced by nozzles through which a hot liquid can enter, which then causes the approximately isobaric and isothermal heating (point 20 through 21 after 22) as a foam component through intimate mixing with the air or water vapor, whereupon the liquid, separated by the centrifugal force, t | outside is preheated again and awar indirectly, aB by nuclear reactor heat, whereupon they like the ^ egnerrad er zügeführt wird»he is being led » 941982941982 ί8 »■ .IJJJJJ ί8 »■ .IYYYYY 9. Turbine nach Anspruch 1 dadurch, gekennzeichnet »dass »für kleinere I5eistungen,der thermische Verdichter in das Segnerrad hineinverlegt ist durch Kaltwassereinspritzung in den Eingangsteil und/oder den Ausgangsteil der Luftkanäle im Segnerrad.9. Turbine according to claim 1, characterized in that »that» for smaller ones Outputs, the thermal compressor relocated into the Segner wheel is through cold water injection into the inlet part and / or the outlet part of the air ducts in the Segner wheel. !Surbine nach Anspruch 1 ,dadurch ge kennzeichnet, dass zur Entlastung der Jj-iger des Segnerrades ,das wie bei Zentrifugen üblich,pendelsd aufgehängt ist,die Austrittsdüsen nacijanten etwas geneigt sind,so dass die Rückstossvertikalkomponenta das Gewicht des *>egnerrades etwa aufhebt-! Surbine according to claim 1, characterized in that for relief the yy-y of the Segner wheel, which, as is usual with centrifuges, pendulums is suspended, the outlet nozzles nacijanten slightly inclined so that the recoil vertical component cancels out the weight of the *> egner wheel -
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010048434A1 (en) * 2010-10-15 2012-04-19 Baltico Gmbh Turbine wheel arrangement for a gas or steam turbine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010048434A1 (en) * 2010-10-15 2012-04-19 Baltico Gmbh Turbine wheel arrangement for a gas or steam turbine
DE102010048434B4 (en) * 2010-10-15 2017-08-10 Baltico Gmbh Turbine wheel arrangement for a gas or steam turbine

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