-
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.