DE4432384A1

DE4432384A1 - Freistrahlturbine für den Antrieb von Stromerzeuger

Info

Publication number: DE4432384A1
Application number: DE4432384A
Authority: DE
Inventors: Albert Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 1996-03-14
Also published as: DE19524889A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Freistrahlturbine für den Antrieb von Stromerzeuger, die bei veränderlicher Belastung eine konstante hohe Drehzahl bei hohem Wirkungsgrad hat.

Bei dieser Freistrahlturbine werden zwei Halblast-Laufräder durch je zwei paarweise angeordnete Strahldüsen für Druckausgleich mit Druckwasser angetrieben und bei veränderlicher Belastung durch eine Schwungscheibe auf hoher Drehzahl gehalten.

Das für den Antrieb der Freistrahlturbine erforderliche Druckwasser wird von zwei Freikolbenpumpen gefördert, die von zwei vollständigen Zweitakt-Freikolbenmotoren angetrieben werden.

Das für die Freikolbenpumpen erforderliche Vordruckwasser für 10 bar wird von zwei Vordruckpumpen gefördert, die mit Untersetzung von der Freistrahlturbine angetrieben werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung die hohe Turbinendrehzahl bei veränder licher Belastung konstant zu halten.

Bei der Strahlgeschwindigkeit v ist die Leistung N = c·v³.

Da bei einer Umfangsgeschwindigkeit der beiden Laufräder u = 100 m/s bei schwacher Belastung die min. Strahlgeschwindigkeit bis 0,7 v vermindert werden kann, ist die Antriebsleistung c·(0,7v)³ = 0,34 N, weil der schwächere Wasserstrahl nach der Umlenkung beim Austritt seine kinetische Energie an die Schaufel abgegeben hat.

Bei hoher konstanter Turbinendrehzahl kann hierdurch die Antriebs leistung ohne Verluste bei der Strahlgeschwindigkeit 0,7 v auf 0,34 N vermindert werden.

Bei festen Strahldüsen erfolgt bei schwacher Belastung eine Regelung der hohen Turbinendrehzahl durch Regelung der Kraftstoffmenge der beiden Zweitakt-Freikolbenmotoren und außerdem durch Regelung der Wassermenge in den beiden Vordruckleitungen erfindungsgemäß durch eine Schwungscheibe und einen Drehzahlregler der Freistrahlturbine, der über Steuerleitungen und Stellantriebe die Kraftstoffmengen der beiden Zweitakt-Freikolbenmotoren und außerdem durch zwei Drosselventile die Wassermengen in den beiden Vordruckleitungen schaltet.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht mit Freikolbenpumpen P, Freistrahlturbine T und Stromerzeuger G.

Fig. 2 eine Draufsicht auf zwei Zweitakt-Freikolbenmotoren M mit vier Freikolbenpumpen P und einen Stromerzeuger G.

Fig. 3 einen Längsschnitt der Freistrahlturbine T mit zwei Laufräder 10.

Fig. 4 einen Querschnitt der Freistrahlturbine T mit zwei paar weise angeordneten Strahldüsen 7 für jedes Laufrad.

Nach Fig. 1 und 2 sind zwei Zweitakt-Freikolbenmotoren M mit je zwei Freikolbenpumpen P, die durch vier Druckleitungen 1 mit einer Freistrahlturbine T und durch zwei Vordruckleitungen 2 mit zwei Vordruckpumpen 5 verbunden.

Das Turbinenwasser strömt im geschlossenen Kreislauf durch den Kühler 3 in die Vordruckpumpen 5, die es mit 10 bar durch die Vordruckleitungen 2 in die Freikolbenpumpen P drücken. Der von der Freistrahlturbine T angetriebene Stromerzeuger G treibt über ein Schneckengetriebe 4 mit Untersetzung die zwei Vordruck pumpen 5 an.

Nach Fig. 3 und 4 besteht die Freistrahlturbine aus dem Gehäuse 6 mit vier kurzen, horizontal angeordneten Druckkanälen K und von außen eingesetzten langen Strahldüsen 7, dem Deckel 8, der kurzen, doppelt gelagerten Welle 9 und den Laufrädern 10.

Da bei der paarweisen Anordnung der Strahldüsen 7 die Laufräder nur Drehmomente übertragen, sind die Reibungsverluste in den Lagern sehr klein.

Bei den gestängelosen Zweitakt-Freikolbenmotoren mit den Freikolben pumpen und bei der Freistahlturbine mit zwei Laufrädern und je zwei paarweise angeordneten Strahldüsen sind die Reibungsverluste sehr niedrig.

Durch das unvermeidliche verspätete Ventilschließen der Freikolben pumpen treten bei hohen Kolbengeschwindigkeiten Rückströmverluste von 15% auf.

Da bei dieser Rückströmung die Freikolben mit hohen Drücken auch angetrieben werden, können hierdurch die Druck- und Reibungsverluste der Freikolbenpumpen und der Freistrahlturbine und der Antrieb der Vordruckpumpen ausgeglichen werden.

Bei den niedrigen Wärmeverlusten der Zweitakt-Freikolbenmotoren liegt daher der Gesamtwirkungsgrad des Antriebes bei 50%.

Der vorgeschlagene Antrieb bietet die Vorteile, daß für Zweitakt- Freikolbenmotoren mit einem Zylinder-Durchmesser von 330 mm, einem Hub von 2·450 mm bei 1000 Doppelhüben/min, einer mittl. Kolbengeschw. von 15 m/s und einem mittl. Druck von 12 bar die Zylinderleistung 1750 PS beträgt.

Die Freikolbenpumpe hat einen Förderdruck von 210 bar und die Vor druckpumpe einen Druck von 10 bar.

Die Freistrahlturbine hat bei einer Drehzahl von 3000 U/min bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 m/s einen Laufraddurchmesser von 636 mm.

Mit zwei Zweizylindermotoren ist die Antriebsleistung 7000 PS und bei Vierzylindermotoren 14 000 PS.

Das Leistungsgewicht liegt bei 3 kg/PS.

Als Kraftstoff ist Dieselöl oder Erdgas geeignet.

Claims

1. Freistrahlturbine für den Antrieb von Stromerzeuger, die durch zwei vollständige Zweitakt-Freikolbenmotoren (M) mit vier Frei kolbenpumpen (P) und zwei Vordruckpumpen (5) durch Druckwasser angetrieben wird und bei veränderlicher Belastung bei hohem Wirkungsgrad eine konstante hohe Turbinendrehzahl hat, dadurch gekennzeichnet, daß für eine hohe Turbinenleistung z. B. 14 000 PS bei 3000 U/min und einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 m/s die Freistrahlturbine zwei Halblast-Laufräder (10) und je zwei paarweise angeordnete Strahldüsen (7) für Druck ausgleich hat, und daß das für die Freikolbenpumpe (P) erforderliche Vordruckwasser mit 10 bar durch zwei von der Turbine (T) mit Untersetzung angetriebene Vordruckpumpen (5) im geschlossenen Kreislauf gefördert wird.

2. Freistrahlturbine nach Anspruch 1 und daß die Freistrahlturbine (T) bei veränderlicher Belastung eine hohe konstante Drehzahl hat durch Regelung der Kraftstoffmenge der Zweizylinder-Freikolben motoren und außerdem durch Regelung der Wassermenge in den Vordruckleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Freistrahl- Turbine eine Schwungscheibe (11) hat und mit einem Dreh zahlregler (D), über eine Steuerleitung (L) und zwei Stell antriebe (S) die Kraftstoffmengen der beiden Freikolben-Zweitakt motoren (M) und außerdem über zwei Steuerleitungen und Stell antriebe die Drosselventile (V) an den zwei Vordruckleitungen (2) für die in dem Kühler (3) abströmende Wassermenge schaltet.