DE566636C - Verpuffungsbrennkraftturbine - Google Patents

Verpuffungsbrennkraftturbine

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DE566636C
DE566636C DEH127314D DEH0127314D DE566636C DE 566636 C DE566636 C DE 566636C DE H127314 D DEH127314 D DE H127314D DE H0127314 D DEH0127314 D DE H0127314D DE 566636 C DE566636 C DE 566636C
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deflagration
turbine
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pressure
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E H HANS HOLZWARTH DR ING
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E H HANS HOLZWARTH DR ING
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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
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/12Gas-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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

  • Verpuffungsbrennkraftturbine Verpuffungsbrennkraftturbinen mit Unterteilung der je Arbeitsspiel der Verpuffungskammer erzeugten Verbrennungsgase nach Druck, Menge oder Menge und Druck und Verarbeitung derselben in gesonderten Turbinenstufen sind bereits vorgeschlagen worden. Bei derartigen Unterteilungen des Feuergasstrahles ergaben sich folgende Schwierigkeiten. Es ist bekannt, daß bei Verpuffungsbrennkraftturbinen nach erfolgter Verpuffung in der Verpuffungskammer und nach anschließender, möglichst plötzlicher Eröffnung des Ausströmorganes der Verbindungskanal zwischen Ausströmorgan und Düse sowie die Düse selbst mit den hochgespannten Verbrennungsgasen aufgefüllt werden müssen. Hierbei treten erhebliche Verluste auf. Es ist deshalb mit den verschiedensten Mitteln versucht und erreicht worden, den aufzufüllenden Raum vor der Düse, kurz den Düsenraum, sowohl dem Rauminhalt wie der Oberfläche nach möglichst klein zu halten.
  • Hierzu ist es erforderlich, das Austrittsende der Verpuffungskammer in unmittelbarer Nähe der von ihr beaufschlagten Laufradsysteme anzuordnen. Solange nur ein Laufradsystem beaufschlagt wird, macht eine derartige Anordnung keine Schwierigkeiten. Wird aber eine zweite, zusätzliche Turbinenstufe, oder werden weitere Turbinenstufen von der Verpuffungskammer aus beaufschlagt, so wird der Leitungsweg von der Verpuffungskammer zu den zusätzlichen Turbinenstufen und damit der Düsenvorraum unzulässig groß, wenn die zusätzlichen Turbinenstufen auf der gleichen Seite der Verpuffungskammer wie die stets vorhandene Turbinenstufe angeordnet werden.
  • Es ist zwar auch vorgeschlagen worden, bei Brennkraftturbinen mit mehreren Turbinenstufen zur Verarbeitung nach Menge unterteilter Verbrennungsgase die Verbrennungskammern völlig zwischen den beiden Turbinenstufen unterzubringen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wurde, die Leitungswege kurz zu halten. Infolge der Verwendung hahnartiger Auslaßorgane oder infolge völligen Fehlens derartiger Auslaßorgane konnte aber nicht erkannt werden, daß sich maßgebliche Verkleinerungen des eingangs erwähnten Düsenvorraumes erzielen lassen. Andererseits führt die Unterbringung der erforderlichen Verbrennungsräume bei der bekannten Ausbildung zu axial langgestreckten Kammern, die ohne Störung der Einlaßorgane und der Betriebsvorgänge nicht an beiden Seiten mit Auslaßorganen ausgerüstet werden können.
  • Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß die Größe des Düsenvorraumes nach Rauminhalt und Oberfläche auf ein Kleinstmaß beschränkt werden kann, wenn bei Verpuffungsbrennkraftturbinen mit mehreren zu beiden Seiten der Verpuffungskammer oder der Verpuffungskammern angeordneten Turbinenstufen zur Verarbeitung nach Druck, Menge oder Druck und Menge unterteilter Verbrennungsgase nur die die Auslaßorgane und Düsenvorräume enthaltenden Kopfstücke der Verpuffungskammern zwischen den Turbinenstufen angeordnet sind, während der Hauptteil der Verpuffungskammern außerhalb der Turbinenstufen liegt.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Turbinenwellen der Turbinenstufen horizontal gelagert sind, während die Verpuffungskammer mit ihrer Längsachse in der Vertikalen liegt; hierbei ergibt sich gleichzeitig die Möglichkeit, die Laufradsysteme der einzelnen Turbinenstufen in einfachster Weise durch eine gemeinsame Turbinenwelle zu kuppeln. Vorteilhaft liegen die Düsenanordnungen der einzelnen Turbinenstufen in derselben Höhe wie die Abschlußorgane der vorgeschalteten Düsenventile, so daß die Verbrennungsgase nach Durchströmung des Auslaßquerschnittes ohne jeden Richtungswechsel dem zugeordneten Laufrad zuströmen. Bei in Druckstufen geschalteten Turbinen werden bekanntlich zwischen den einzelnen Turbinenstufen Druckausgleicher vorgesehen; ordnet man diese parallel zur Verpuffungskammer, mit ihrer Längsachse in der Vertikalen, an, so fügen sich diese Druckausgleicher organisch in die Gesamtordnung ein.
  • Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens.
  • Abb. i zeigt zunächst im senkrechten Längsschnitt eine Turbinenanordnung, die sich ergibt, wenn die bei einem Arbeitsspiel in einer Verpuffungskammer erzeugten Verbrennungsgase der Menge nach unterteilt und die Teilmengen in verschiedenen Turbinenstufen mit den verschiedenen Strahlgeschwindigkeiten der Teilmengen angepaßten Düsenerweiterungsverhältnissen und Umfangsgeschwindigkeiten der Beschaufelung verarbeitet werden. Nach erfolgter Verpuffung öffnet sich zunächst das Auslaßventil i und läßt die hochgespannten Feuergase über Düse 2 der Beschaufelung 3 des zweikränzigen Curtisrades 4 zuströmen. Dieses Curtisrad 4. hat einen großen Durchmesser, also eine hohe Umfangsgeschwindigkeit, welche im richtigen Verhältnis zu der hohen Strahlgeschwindigkeit der hochgespannten Verbrennungsgasteilmenge steht. Fällt im Verlauf der Expansion der Verbrennungsgase aus der Verpuffungskammer 5 heraus die Spannung der Verbrennungsgase in der Verpuffungskammer 5 auf einen Betrag, welcher die Strahlgeschwindigkeit unter einen zur Umfangsgeschwindigkeit des Curtisrades 4 günstig passenden Wert sinken läßt, so schließt sich Auslaßorgan i, und es öffnet sich Auslaßorgan 6. Die Verbrennungsgase beaufschlagen nunmehr über Düse 7 die Beschaufelung 8 des Curtisrades g. Dieses Curtisrad hat einen kleineren Durchmesser und daher eine kleinere Umfangsgeschwindigkeit, welche zu der geringen Strahlgeschwindigkeit der nunmehr niederer gespannten Verbrennungsgasteilmenge im richtigen Verhältnis steht. Die beiden Curtisräder 4 und g sind auf derselben Turbinenwelle io angeordnet.
  • Durch die erfindungsgemäß getroffene Anordnung der Kopfstücke der Verpuffungskammer 5 zwischen den beiden Turbinenstufen 2. 3, 4 und 7, 8, g ergibt sich das überhaupt erreichbare Kleinstmaß der Düsenvorräume ii und 12 nach Rauminhalt und Oberfläche. Dadurch, daß die Düsen 2 und 7 in derselben Höhe liegen wie die Abschlußorgane der ihnen vorgeschalteten Düsenventile i und 6, fallen sämtliche Richtungsänderungen im Weg der Verbrennungsgase nach Durchströmung der Austrittsquerschnitte fort.
  • Die Abb. 2 zeigt mit den Bezeichnungen der Abb. i eine Turbinenbauart, bei der die Feuergasmenge deshalb unterteilt werden muß, weil sich mit Rücksicht auf den großen Rauminhalt der Verpuffungskammer 5 eine Verbrennungsgasmenge in einem Ausmaß ergibt; daß die zu ihrer Verarbeitung dienenden Schaufeln eines Curtisrades in ihrer Länge eine praktische Sicherheitsgrenze überschreiten würden, wenn die Verarbeitung dieser Menge in einem einzigen Curtisrad erfolgen müßte. Die symmetrisch ausgebildeten Auslaßventile i und 6 öffnen sich also gleichzeitig und entlassen die Verbrennungsgase über die symmetrisch ausgebildeten Düsen 2 und 7 zu den symmetrisch ausgebildeten Curtisrädern 4 und g. Die Beschaufelungen 3 und 8 der beiden Curtisräder 4 und g werden also gleichzeitig beaufschlagt und verarbeiten lediglich die halbe Verbrennungsgasmenge.
  • Abb. 3 schließlich zeigt eine Turbinenbauart, bei der der Aufladedruck in der Verbrennungskammer 5 so hoch gewählt ist, daß schon die durch das Auslaßventil 13 zur Beschaufelung 14 des Curtisrades 15 abströmenden, niedrig gespannten Verbrennungsgase einen so hohen Druck und damit so hohe Strahlgeschwindigkeiten besitzen, daß das Curtisrad 15 mit der aus Festigkeitsrücksichten maximal zulässigen Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden muß. Um in diesem Fall die' über das Düsenventil 16 und die Düse 1,7 der Beschaufelung 18 des Curtisrades ig zuströmenden, hochgespannten Verbrennungsgase mit gutem Wirkungsgrad Arbeit abgeben zu lassen, wird das Gefälle dieser hochgespannten Verbrennungsgase nur teilweise im Curtisrad ig in mechanische Leistung umgesetzt. Hinter dem Rade 18 wird im Druckausgleichsbehälter 27 ein Zwischendruck eingestellt, unter dem die Verbrennungsgase über Düse 2o der Beschaufelung 21 des zweikränzigen Laufrades 22 zuströmen und den `Rest ihrer Leistung abgeben. Die Turbinenräder 15, ig und 22 sind wieder auf der gemeinsamen Turbinenwelle 23 angeordnet.
  • Bei der Bauart nach Abb. 3 ergeben sich also durch Anordnung der Verpuffungskammer 5 zwischen den Turbinenstufen 24, 14, 15 und 17, 18, i9 Düsenvorräume 25 und 26, die ein Kleinstmaß an Rauminhalt und Oberfläche beanspruchen. Dadurch, daß die Düsenanordnungen der Turbinenstufen in derselben Höhe angeordnet sind wie die Abschlußorgane der ihnen vorgeschalteten Düsenventile, ergibt sich weiter der Fortfall jeder Richtungsänderung im Wege der Verbrennungsgase nach Durchströmung des Auslaßquerschnittes. Der Druckausgleichsbehälter 27, der zwischen den im Druck hintereinandergeschalteten Turbinenstufen 17, 18, i9 und 20, 21, 22 angeordnet ist, fügt sich durch Anordnung parallel zur Verpuffungskammer 5 und Verlegung seiner Längsachse in die Vertikale organisch in den Gesamtaufbau des Turbinenaggregates ein.
  • Im Wesen der Erfindung liegt, daß die vorgeschlagenen Anordnungen in mannigfachster Weise abgewandelt werden können. So können beispielsweise statt einer Verpuffungskammer zwei Verpuffungskammern nebeneinander vertikal zwischen zwei Turbinenstufen angeordnet werden. Die Zahl der Verpuffungskammern kann auch vergrößert werden, indem man die vertikale Lage derselben beibehält, das Auslaßende der äußeren Verpuffungskammern jedoch etwas höher anordnet wie das Auslaßende der mittleren Verpuffungskammer. Ebenso können die Verpuffungskammern in ihrer Längsachse in Radien zur Achse der Turbinenwelle angeordnet werden, ohne daß der erstrebte Erfolg, die möglichste Verkleinerung des Düsenvorraumes nach Rauminhalt und Oberfläche und Zuführung der Verbrennungsgase von der Verpuffungskammer zum Turbinenlaufrad hin ohne Richtungsänderung, beseitigt wird. Unter Turbinenstufe im Sinne der Erfindung ist dabei jedes einander zugeordnete Düsen- und Beschaufelungssystem verstanden, gleichgültig, ob es eingehäusig oder mehrgehäusig ausgeführt ist oder ob mehrere derartige Systeme in einem Gehäuse vereinigt sind.

Claims (4)

  1. PATCNTANSPizücHr_: i. Verpuffungsbrennkraftturbine mit mehreren zu beiden Seiten der Verpuffungskammer oder der Verpuffungskammern angeordneten Turbinenstufen zur Verarbeitung nach Druck, Menge oder Druck und Menge unterteilter Verbrennungsgase, dadurch gekennzeichnet, daß nur die die Auslaßorgane und Düsenvorräume enthaltenden Kopfstücke der Verpuffungskammern zwischen den Turbinenstufen angeordnet sind, während der Hauptteil der Verpuffungskammern außerhalb der Turbinenstufen liegt.
  2. 2. Verpuffungsbrennkraftturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenwellen der Turbinenstufen horizontal gelagert sind, während die Verpuffungskammern mit ihrer Längsachse in einer hierzu senkrechten Ebene liegen.
  3. 3. Verpuffungsbrennkraftturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnungen der Turbinenstufen in derselben Höhe liegen wie die Abschlußorgane der ihnen vorgeschalteten Düsenventile.
  4. 4. Verpuffungsbrennkraftturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleicher, die zwischen im Druck hintereinandergeschalteteTurbinenstufen angeordnet sind, parallel zu den Verpuffungskammern, mit ihrer Längsachse in einer zur Welle senkrechten Ebene angeordnet sind.
DEH127314D 1931-06-13 1931-06-13 Verpuffungsbrennkraftturbine Expired DE566636C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE940949C (de) * 1951-12-24 1956-03-29 Schilling Estate Company Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger und Treibgaserzeuger zur Durchfuehrung des Verfahrens

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE940949C (de) * 1951-12-24 1956-03-29 Schilling Estate Company Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger und Treibgaserzeuger zur Durchfuehrung des Verfahrens

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