CH161928A - Gasturbine. - Google Patents

Description

  Gasturbine.    Die Ausnutzung von hocherhitzten Ver  brennungsgasen in Turbinen mit Schaufel  rädern scheiterte bisher daran, dass kein  Baustoff vorhanden ist, woraus Turbinen  schaufeln hergestellt werden können,     welche     bei Temperaturen von 1000   C und höher  widerstandsfähig sind. Anderseits hat sich  die     Brennkraftmaschine    als Kolbenmaschine  gut bewährt. Die Widerstandsfähigkeit der  Kolbenmaschine gegen hohe Gastemperatu  ren ist zu einem grossen Teil ihrer robusten  Bauart zuzuschreiben. Gelingt es, .eine Gas  turbine ohne die empfindlichen Schaufeln  zu bauen, so nähert sie sich in ihrer     Wider-          4andsfähi9keit    der     Kolbenmaschine    und  wird zum Betriebe mit Verbrennungsgasen  geeignet.  



  Eine Turbine, in welcher das Treibmit  tel allein durch Rückstoss während der     Ex-          pansion    die umlaufenden Räder in Bewe  gung versetzt (Reaktionsgrad = 1), kann  ohne Schaufeln ausgeführt werden. Eine  solche bekannte Turbine zeigt schematisch    die     Fig.    1 beiliegender     Zeichnung.    Deren  Vorbild ist das bekannte     Segnexsche    Was  serrad. Diese Turbine besteht in der Haupt  sache aus einem umlaufenden Rohr 1, das  an seinen Enden die Düsen 2 trägt.

   Bei  spielsweise wird ein durch die hohle Welle  3     zugeführtes,        brennbares    Gasgemisch bei  der radial gerichteten Strömung durch das  umlaufende Rohr infolge der Fliehkraft  verdichtet, dann gezündet und durch die  Düsen 2 ausgestossen. Beim Ausströmen  üben die Gase einen Rückdruck auf die  Düsen 2 und das umlaufende Rohr 1 aus,  wodurch die Turbine angetrieben wird.  



  Der     Wärmenutzungsgrad    einer solchen  Turbine ist bekanntlich sehr klein, weil     :das     Treibmittel das umlaufende Rohr mit grosser  Geschwindigkeit verlässt, welche ein erheb  liches Vielfaches. der     Umlaufsgeschwindig-          keit        ist,    mit der die Turbine wirklich betrie  ben     werden    kann. Die im Treibmittel unmit  telbar, vor der Expansion enthaltene Wärme  bleibt     grösstenteils,    als kinetische Energie im      expandierten Treibmittel     enthalten;    nur ein  kleiner Bruchteil der Wärme wird als  mechanische Arbeit an die Turbinenwelle ab  gegeben. In dieser Form ist daher eine Gas  turbine nicht brauchbar.  



  Auch Unterteilung der Expansion des  Treibmittels in mehrere Stufen, wobei die  Reaktionsrohre in geschlossenen Kammern  umlaufen,     verbessert,die    Wärmenutzung nur  dann, wenn Vorkehrungen getroffen sind;  welche die Geschwindigkeit des die Düsen  verlassenden Treibmittels zwecks Arbeits  leistung ausnutzen. Diese Aufgabe wurde  bei der Entwicklung der Dampfturbine     da-          .durch    gelöst, dass     zwischen        den    Reaktions  rohren aufeinander folgender Stufen umlau  fende     .Schaufelräder    mit entgegengesetztem  Drehsinn zur Anwendung kamen.

   Der  Dampf wurde dann an diesen Schaufeln um  gelenkt und seine     Geschwindigkeit    zur Ar  beitsleistung ausgenützt. Am Ende dieses       Entwicklungsganges    steht heute die be  kannte     Gegenlaufturbine.     



  Vorliegende Erfindung, die eine     Gastür-*          bine    betrifft, soll die angeführten Nachteile  vermeiden. Erfindungsgemäss wird zwischen  einer Expansion und der nachfolgenden die       Gasgeschwindigkeit    durch     Wirbelung    in  Wärme rückverwandelt und gleichzeitig  Wärme von den Gasen an ein zugeführtes       Treibmittel    übergeführt, das dazu bestimmt  ist,     in    einer     Wärmekraftmaschine    Arbeit zu  leisten.  



  Die     Erfindung    ermöglicht die Anwen  dung robuster Bauteile, welche auch bei  hoher Gastemperatur widerstandsfähig sind.  



  Die     Fig.    2; bis 4 der Zeichnung betref  fen Ausführungsbeispiele des Erfindungs  gegenstandes, und zwar     Fig.    2 und 4 eine  Gasturbine .im Schnitt mit radialer Aufein  anderfolge der verschiedenen Expansions  stufen, während bei der in     Fig.    3 im Schnitt       dargestellten    Turbine :die Stufen in     axialer     Richtung aufeinander folgen.  



  Nach     Fig.    2. sitzt auf einer Welle 4 eine  Trommel 5,     welche    in Kammern 6 unterteilt  ist. Von einer Kammer zur nächstfolgenden    führen Düsen 7, deren     Axen        tangential    zur  Umlaufrichtung stehen. Bei 8 wird Luft an  gesaugt, die im Verdichter 9 zunächst auf  höheren Druck verdichtet     wird.    Nach dem  Verdichter führt man durch eine Öffnung 10  im     Turbinengehäuse    11 den Brennstoff zu.  Das explosible Gemisch gelangt in den     Zünd-          raum    12, wo es an nicht dargestellten Zünd  vorrichtungen entzündet wird und verbrennt.

    Die     Verbrennungsgase    strömen durch die  Düsen 7 in die Kammern 6. Die Kammern  sind     ringförmig.    Die     Anordnung    der Düsen  7 in den Kammern 6 verdeutlicht die     Fig.        4.,     welche einen     Schnitt    senkrecht auf die Tur  binenaxe und durch die     Düsenmitte,darstellt.     Beim Durchströmen durch die Düsen wird  die in den Verbrennungsgasen enthaltene  Wärme in kinetische Energie umgesetzt, und  die Gase     werden    beschleunigt. Während der  Beschleunigung entsteht ein Rückdruck auf  die Düsen und die Trommel,     so,dass    diese in  Umlauf versetzt wird.

   In den Kammern 6  stossen die Gase an Rippen 24, welche in die  Kammern 6 hineinreichen und mit dem Ge  häuse 11 fest verbunden sind. Dadurch wird  die kinetische Energie der Gase durch     Wir-          belung    in Wärme     rückverwandelt.    Die Kam  mern 6, sind einseitig mit nur dünnen Wän  den ausgeführt, welche auch die Kammern  13 im Gehäuse 11 begrenzen.

   Durch die  Öffnungen 14 im Gehäuse 11 wird das Treib  mittel einer andern     Wärmekraftmaschine,     beispielsweise Wasserdampf, in die Kam  mern 13 geführt, wo es von den Gasen  Wärme aufnimmt, welche durch die dünnen  Wände der Kammern     hindurchtritt;    das  Treibmittel der zugeschalteten Maschine tritt  jeweils wärmer durch die Öffnungen 15 wie  der aus dem Gehäuse aus und kann von da  weg dieser Maschine zwecks Arbeitsleistung  wieder zugeführt werden. Bei 16 treten die  entspannten und abgekühlten Gase aus der  Turbine aus.  



  Die beschriebene Turbine weist keine  feinen     Schaufeln    auf und ist .daher bei hohen  Temperaturen des     Treibmittels    ebenso wider  standsfähig wie eine Kolbenmaschine. Die  in den Gasen nach dem     Austritt    aus einer      Düse enthaltene kinetische Energie ist nicht  verloren, sondern wird grösstenteils vermit  telst des Treibmittels der zweiten Maschine  ausgenützt. Die Gase arbeiten ausserdem in  mehreren Stufen, wodurch kleine Geschwin  digkeiten möglich sind. Infolge der Wärme  ableitung von den Gasen ist die Temperatur  abnahme von Stufe zu Stufe eine rasche, so  dass nur ein kleiner Teil der Maschine wirk  lich hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

   Wei  ter     besteht    die Möglichkeit, .die umlaufende  Trommel 5 mit Wasserkühlung auszurüsten,  wodurch ein Glühen der umlaufenden Teile  sicher verhindert werden kann.  



  Beim Ausführungsbeispiel nach     Fig.    3  sind die hauptsächlichsten Teile der Gastur  bine wiederum die Welle 4, die Trommel 5  mit Kammern 17 und das Gehäuse 11. Bei 8  wird das von einem Verdichter (nicht ge  zeichnet) kommende, brennbare Gasgemisch  zugeführt; es gelangt in die Kammer 19, wo  es gezündet wird. Die Verbrennungsgase  durchströmen dann die Düsen 7 und Kam  mern 17 in der beim Beispiel     Fig.    2 be  schriebenen Weise und verlassen die Turbine  bei 16. An den Stellen 20     wird,der    Turbine  Wasserdampf zugeführt. Dieser durchströmt  die Kammern 18. Von den Kammern 17 fin  det nach den Kammern 18 hin ein Wärme  übergang statt; während die Verbrennungs  gase gekühlt werden, nimmt der Wasser  dampf Wärme auf.

   An den Stellen 21 ver-         lässt    der Wasserdampf die Turbine und ist  dann noch in einer nachgeschalteten Dampf  maschine auszunützen. Um diejenigen um  laufenden Teile der Maschine, welche mit  den heissesten Verbrennungsgasen in Berüh  rung kommen gegen ein Erglühen zu schüt  zen, wird bei 22 Wasser durch die hohle  Welle zugeführt; das erwärmte Kühlwasser       tritt    bei 23 wieder aus.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gasturbine, 'bei welcher Verbrennungs gase in mindestens zwei Stufen expandieren und dabei in umlaufenden Düsen mit reiner Rückdruckwirkung arbeiten, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen einer Expansion und der nachfolgenden die Gasgeschwindigkeit durch Wirbelung in Wärme rückverwandelt und gleichzeitig Wärme von den Gasen an ein zugeführtes Treibmittel übergeführt wird. das. dazu bestimmt ist, in einer Wärmekraft maschine Arbeit zu leisten. UNTERANSPRUCH Gasturbine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die von Verbren nungsgasen berührten umlaufenden Teile durch Wasser gekühlt sind.