DE254107C - - Google Patents
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- DE254107C DE254107C DENDAT254107D DE254107DA DE254107C DE 254107 C DE254107 C DE 254107C DE NDAT254107 D DENDAT254107 D DE NDAT254107D DE 254107D A DE254107D A DE 254107DA DE 254107 C DE254107 C DE 254107C
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- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C5/00—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
- F02C5/12—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the combustion chambers having inlet or outlet valves, e.g. Holzwarth gas-turbine plants
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
=exemplar
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
-Λ* 254107-KLASSE 46//. GRUPPE
KLEMENS EGBERS in HANNOVER.
Gasturbine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. August 1911 ab.
Die Erfindung betrifft eine Explosionsgasturbine und will den Übelstand beseitigen,
welcher daraus entsteht, daß die Geschwindigkeit der Treibgase sich ändert, während die
Schaufelgeschwindigkeit gleich bleibt. Nach der Erfindung wird die Schaufelbahn spiralförmig
um die Welle gelegt, so daß auch die Düse ihren Abstand von der Welle ändert. Man kann die Schaufelbahn regel- oder auch
ίο unregelmäßig anlegen, je nachdem, ob der
Druck in der Gaskammer und damit die Gasgeschwindigkeit in den Düsen gleichmäßig
oder ungleichmäßig abnehmen soll. Natürlich muß bei gleichmäßiger Abnahme des Gasdruckes
auch die Bewegung der Düse gleichmäßig erfolgen, bei ungleichmäßiger Abnahme des Druckes ungleichmäßig. Eine gleichmäßige
Bewegung kann man z. B. durchZahnstangen, die von Zahnrädern getrieben werden, erreichen,
eine ungleichmäßige dagegen durch einarmige Hebel, die auf einer Welle befestigt sind und
hin und her oder herumgedreht werden. In beiden Fällen müssen die Strecken, die den
Anforderungen nicht entsprechen, dadurch ausgeschaltet werden, daß die Gaskammer abgesperrt
wird. Wenn das Gas durch eine gleichbleibende Öffnung ausfließt, dann nimmt
der Druck am Anfange der Ausströmungsperiode schneller ab als am Ende. Die Be- wegung der Düse und die Schaufelbahn muß
diesem Umstände Rechnung tragen. Man kann aber auch durch eine Steuervorrichtung
dafür sorgen, daß die Druckabnahme in der Gaskammer gleichmäßig erfolgt.
Wenn schnellströmendes Gas in der Bewegung gehindert wird, dann erhitzt es sich,
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selbst wenn die Strömungstemperatur niedrig ist, unter Umständen derart, daß es die Baustoffe
angreift. Deswegen müssen die Schaufeln einer Gasturbine mittelbar oder unmittelbar
gekühlt werden. Da der Wärmedurchgangskoeffizient mit dem Quadrate der Entfernung
kleiner wird, so muß die Kühlung in unmittelbarer Nähe der Erwärmung erfolgen. Im
vorliegenden Falle muß demnach die Kühlung denselben Weg verfolgen wie die Erwärmung.
Deswegen sind an den Gasdüsen in entsprechender Entfernung Kühldüsen vorzusehen,
die den von außen zugeführten Kühlstoff entweder unmittelbar auf die Schaufeln oder auf
die neben den Schaufeln befindlichen widerstandsfähigen Teile der Laufräder befördern.
Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.
Fig. ι stellt einen wagerechten Mittelschnitt durch die Turbine dar, Fig. 2 ein Laufrad
in Vorderansicht, Fig. 3 eine Zahnstangensteuerung in Vorderansicht.
In dem Gehäuse 1 ist die Welle 2 drehbar gelagert. Auf der Welle 2 sitzen die Laufräder
3 und 4 mit den spiralförmigen Schaufelbahnen 50, 51. Die Lauf räder sind Spiralkörper,
die in ihren Lücken etwa schwalbenschwanzförmig befestigte Schaufeln tragen. 5, 6, 52, 53 sind Gasdüsen, die an dem Rahmen
43 befestigt sind. 5 und 6 führen das frische Gas dem Laufrade 3 zu, 52, 53 ändern
die Strömungsrichtung des Gases, nachdem es 3 durchflossen hat, und führen es dem
Laufrade 4 zu. Der Rahmen 43 wird von den Rädern 44,45,46,47 gestützt und geführt.
Die Hin- und Herbewegung des Rah-
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mens und der Düsen erfolgt durch den jeweiligen Überdruck in Düse 5 oder 6, wird
durch die Zahnstangen 17, 18 und die Räder 15,16 geregelt und in die rechte Beziehung
zu dem Umlauf des Laufrades gesetzt. Nur etwa der halbe Umfang dieser Räder ist mit
Zähnen besetzt (Fig. 3). Auf dem Hinwege greifen die Zähne in die obere Zahnstange,
bei dem Herweg in die untere. Um die Umkehr der Bewegung zu erleichtern, sind in
dem Gehäuse die Puffer 48, 49, 54, 55 vorgesehen. An den Gasdüsen und dem Rahmen
sind die Kühldüsen 58, 59, 60, 61, 62, 63, 68, 69, 70, 71, 72, 73 in entsprechender Entfernung
so befestigt, daß sie dieselbe Bewegung machen wie die Gasdüsen. Der Kühlstoff wird den
Düsen durch die Rohre 65, 64, 66, 74, 75, 76 von außen zugeführt, auf denen die Düsen
hin und her gleiten können. Die Zuführung wird durch einen Hahn im Rohr 67 und 77
in bekannter Weise zeitweilig unterbrochen. Der verbrauchte Kühlstoff wird durch entsprechende
Ansatzrohre oder Kanäle im Gehäuse entfernt. Wenn die Turbine mit einem Kondensator versehen ist, dann wird der
Kühlstoff durch Leitkanäle des Gehäuses gleichzeitig mit dem gekühlten Triebgas durch
einen Ventilator abgesaugt. In diesem Falle kann das Kühlmittel durch den Überdruck
der Atmosphäre selbsttätig in die Düsen gepreßt werden. Als Kühlmittel kann sowohl
Wasser als auch Luft verwandt werden.
Die Gasdüsen 5 und 6 gleiten reibungsfrei auf den Rohren 7 und 8. Zur Regelung der
Gaszufuhr und der Geschwindigkeitsabnahme sind in 5 und 6 Ventile vorgesehen. Diese
müssen möglichst in der Nähe der Düsenmündungen angebracht werden, damit die Geschwindigkeit in den Zuleitungsrohren nicht
zu groß wird und Geschwindigkeitsverluste nach Möglichkeit vermieden werden. Das
Ventil in der Düse 5 besteht aus dem Kolben 11, der in dem Zylinder 56 hin und her geschoben
wird. In dem Kolben 11 ist der Kanal 13 vorgesehen, der bewirken soll, daß
vor und hinter dem Kolben derselbe Druck herrscht und dadurch das Ventil entlastet
wird. Der Hin- und Herschub des Kolbens erfolgt durch das Rädchen 41, das von der
Schiene 42 geführt wird. Diese Schiene kann den Bedürfnissen entsprechend ganz gerade
verlaufen, oder die gerade Richtung kann auch zur zeitweiligen Schließung des Ventils
durch entsprechende Kurven unterbrochen werden. Das Ventil in Düse 6 besteht aus
dem Kolben 12 mit dem Kanal 14, dem Zylinder 57, dem Führungsrade 39 und der
Führungsschiene 40.
Das Gaszuleitungsrohr 7 ist mit dem Überdruckventil 9 versehen. Dieses besteht aus
einem doppelten Gehäuse. Zwischen den konzentrischen Wandungen des Gehäuses liegt die
Feder 19. Diese Feder drückt auf die in den Schlitzen der inneren Wandung gleitenden
Arme 25 und 24 des Kolbens 21. Geöffnet wird das Ventil durch einen entsprechenden
Überdruck in der Gaskammer 31. Durch den Sperrbolzen 27 wird es so lange offen gehalten,
bis der Sperrbolzen durch den Draht 29, der an dem Rahmen des Leitungsrades 41 befestigt
ist, entriegelt wird. Die Entriegelung erfolgt, wenn die Düse 5 die kleinste Entfernung
von der Welle 2 gewonnen hat.
Rohr 8 ist mit dem Ventil 10 versehen. Dieses besteht ebenfalls aus einem doppelten
Gehäuse, zwischen dem die Feder 20 liegt. 22 ist der Kolben, 26 ein Kolbenarm, 23 ein
Schlitz des inneren Gehäuses, 28 der Sperrbolzen, 30 der Entriegelungsdraht.
31 und 32 sind Verbrennungs- oder Explosionskammern.
In ihnen befinden sich die durchlöcherten Wände 33, 34, 35, 36. Diese haben den Zweck, die Verbrennungskammern
vor jeder neuen Füllung von verbrannten Gasen zu reinigen. Alle Turbinenteile, die
hoher Temperatur ausgesetzt sind, werden durch feuersichere Stoffe, wie Quarz, Schieferasbest
usw. geschützt.
Die Wirkungsweise einer solchen Turbine ist folgende:
Es soll angenommen werden, daß die Turbine sich in vollem Betriebe befinde. In dem
Verbrennungsräume 32 ist der Druck etwas unter 5 Atmosphären gesunken. Infolgedessen öffnet
sich ein nicht eingezeichnetes Überdruckventil im Rohr 38, das zum Luftkompressor führt.
Der Kompressor treibt frische Luft durch die öffnungen der Wand 35 und fegt die verbrannten
Gase durch die öffnungen der Wand 36. Wenn 32 mit frischer Luft gefüllt ist,
entriegelt der Draht 30 den Sperrbolzen 28. Das Ventil 10 wird von der Feder 20 geschlossen.
Die Düse 6 tritt ihren Rückgang an, während 5 in Tätigkeit tritt. Die frische
Luft möge unter einem Kompressordruck von 5 Atmosphären stehen. Ihre Temperatur hat sich
infolge der Kompression auf etwa 200 ° C. erhöht. Nun wird 32 der Brennstoff zugeführt
und das Gemisch in dem Augenblicke entzündet, wo die Düse 6 wieder den Weg zur Welle hin angetreten hat. Durch die Verbrennung
möge die Temperatur in 32 auf etwa 10200 C. gebracht werden. Dann steigt
der Druck auf 20 Atmosphären. Durch den Überdruck öffnet sich das Ventil 10 und wird von
dem Sperrbolzen 28 festgehalten. Das Gas strömt nun durch die Düse 6 in die Schaufeln
des Laufrades 3. Die Strömungsrichtung wird durch die Düse 53 wieder geändert, und nun
durchströmt das Gas die Schaufeln des Rades 4. Anfangs strömt nur wenig Gas in die Turbine,
weil die Düse durch das Düsenventil verengt
ist. Je mehr sich aber die Düse der Welle nähert, um so weiter wird sie durch die
schräg gestellte Leitschiene 40 geöffnet. Kurz vor der Mündung der Düse 6 möge der Uberdruck
des Gases vollständig in Geschwindigkeit umgewandelt werden. Der Enddruck möge durch Kondensation auf 0,5 Atmosphären
gebracht sein. Die Kondensation erfolgt in ähnlicher Weise wie bei der Dampfturbine
durch Kühlung und Absaugen. Durch die Druckerniedrigung auf 0,5 Atmosphären erniedrigtsich
die Temperatur des Gases in der Düse auf etwa 170° C, so daß die Arbeitstemperatur
des Gases nur 170° C. beträgt. Wenn das Gas aber auf die Schaufeln trifft, erhitzt
es sich wieder, oder besser: es überhitzt .,sich. Diese Uberhitzungswärme muß zum Teil fortgeschafft
werden, damit die Schaufeln nicht angegriffen werden. Deswegen treten in bekannter
Weise gleichzeitig mit den Gasdüsen die Kühldüsen in Tätigkeit und kühlen die Schaufelräder.
■ Bevor das Gas das Düsenventil durchstreift, hat es eine verhältnismäßig hohe Spannung.
Infolgedessen sucht es seinen Raum zu vergrößern und drückt die Düse der Welle entgegen.
Die Zahnstange 17 aber überträgt diesen Druck dem Rade 15, so daß die Düsenbewegung
der Geschwindigkeit der Welle 2 und damit der Geschwindigkeit des Laufrades entspricht. Zahnstange 18 und Rad 16 bewirken,
daß der Rahmen 43, auf den der Druck ja übertragen wird, gleichmäßig an der Bewegung teilnimmt. Demselben Zwecke
dienen die Trag- und Leiträder 44, 45, 46, 47.
Wenn der Druck in der Verbrennungskammer 32 auf etwa 4,5 Atmosphären gesunken ist,
öffnet sich wieder das Überdruckventil zum Kompressor, und der beschriebene Vorgang
wiederholt sich. Nun wird die Verbrennungskammer 31 geöffnet, und damit beginnt auf
der entgegengesetzten Seite der Turbine das eben beschriebene Spiel.
Die Zahl der Kammern und Düsen ist beliebig. An Stelle der Laufräder kann man
auch konische Trommeln setzen.
Claims (2)
1. Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufelbahn spiralförmig um
die Welle verläuft und die Treibmitteldüse diese Bahn entlang geführt wird.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannten
Kühldüsen dieselbe Bewegung machen wie die Gasdüsen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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