DE639867C - Mehrstufige Brennkraftturbine in Zweiflussbauart fuer Betrieb mit zerstaeubten oder gasfoermigen Treibstoffen - Google Patents

Mehrstufige Brennkraftturbine in Zweiflussbauart fuer Betrieb mit zerstaeubten oder gasfoermigen Treibstoffen

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DE639867C
DE639867C DES111106D DES0111106D DE639867C DE 639867 C DE639867 C DE 639867C DE S111106 D DES111106 D DE S111106D DE S0111106 D DES0111106 D DE S0111106D DE 639867 C DE639867 C DE 639867C
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Tunnel Bau Ges Saenger & Lanni
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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)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Mehrstufige Brennkraftturbine in Zweiflußbauart für Betrieb mit zerstäubten oder gasförmigen Treibstoffen Vorliegende Erfindung bezweckt die Verwendung billiger, hochwertiger Treibstoffe, bei hohem thermischem Wirkungsgrad, zur wirtschaftlichen Kiafterzeugung in Brennkraftturbinen, die durch einfache Bauart, geringes Gewicht und ruhigen Gang, bei großer Betriebssicherheit die Kolbenkraftinaschinen übertreffen und sich durch hohe Drehzahl zum unmittelbaren Antrieb besonders eignen.
  • Bei den bekannten Kolbenkraftmaschinen treten im Verdichtungs- und Arbeitstakt starke Stöße auf, die hohe mechanische Beanspruchung, besonders der Gehäuse, Lager und Fundamente, zur Folge haben. Bei den ununterbrochen beaufschlagten Zweiflußbrennkraftturbinen werden diese Nachteile vermieden.
  • Saug-, Verdichtungs- und Ausschubtakte der Kolbenmaschinen sind Kraftverzehrer; sie verschlechtern den mechanischen Wirkungsgrad und ergeben ungleichmäßigen Lauf. Diese Verlus , die sich in Wärme umsetzen, verringern daher die Leistung. Bei Brennkraftturbinen in Zweiflußbauart tritt infolge ununterbrochener Beaufschlagung, wie auch bei anderen Turbinen, ein ruhiger, gleichmäßiger Lauf mit gutem mechanischem Wirkungsgrad und daher geringem Brennstoffverbrauch ein.
  • Der unausgeglichene Gang der Kolbenmaschine bedingt große Schwungmassen zur Erzielung eines brauchbar-en Gleichförmiggrades; durch den gleichmäßig-en Lauf der Brennkraftturbinen sind besondere Schwungmassen nicht erforderlich.
  • Zwecks Vereinfachung der Bauart besteht die Erfindung darin, daß in einem zwischen den beiden im Zweifluß beaufschlagten Turbinenteüen vorgesehenen feststehenden Ringkörper Brennkammern angeordnet sind, deren zum Auslaß der Treibgase dienenden öffnüngen in axialer Richtung auf beiden Seiten des Ringkörpers und deren radial nach innen gerichtete, der Luftzuführung dienende Öffnung durch mit 'dem Läufer umlaufende Turbinenteile, z. B. WeUenaussparungen oder Abschlußscheiben der Brennkammern, gesteuert werden, während radial von außen in die mit Einlaßdüsen versehenen Zündvorkammern, in denen die Verbrennung eingeleitet wird, Brennstoffventil-e mit Zerstäubungsdüse münden.
  • Die Abmessungen und Gewichte der Brennkraftturbine sind gering. - Die nachstehend beschriebene Brennkraftturbine mit Druckluftzufuhr für Ladung und Spülung und selbsttätiger Erhitzung der Verbrennungsluft mit der gesteuerten Brennkammerladung und Gasentspannung gewährleistet, mit den bei den Gaskraftmaschinen, z. B. Dieselmötoren, bewährten - bekannten Hilfsvorrichtungen, wie Brennstoffpumpe, Gasmischventile, Luftverdichter, Leistungsregler und elektrischer Anwurf- und Zündvorrichtung, ausgerÜstet, volle Betriebssicherhelit bei einfacher und leichter Bauart.
  • Beschreibung der Brennkraftturbine in Z-weiflußbauart Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel.
  • In Abb. i ist die Turbine in Längsrichtung dargestellt, der obere Teil im Schnitt bei offener Brennkaninier, untere Hälfte z.T. im Schnitt, z.T. in Ansicht.
  • Abb. 2 zeigt im oberen Teil einen Querschnitt der Turbine, links durch die Turbinenkammer nach SchnittA-B, rechts durch die geschlossene ' Brennkammer nach SchnittC-D, irn unteren Teil eine Ansicht der Turbine.
  • Die Abb.3 bis 5 zeig-en Turbinenteile in großem Maßstab dargestellt, und zwar Abb. 3 Turbinenmitte (Längsschnitt) mit herausgezogenem Laufrad, oben mit geöffneter, unten mit geschlossener Brennkammer. Abb. 4 veranschaulicht, aufgerollt dargestellt, den Brennkamnierquerschnitt mit anschließender erster Laufradstufe nach SchnittE-F. Abb. 5 zeigt in der linken Hälfte oben eine Ansicht des Laufrades, unten des Brennkammerringes, in der recht-en Hälfte oben einen Querschnitt durch die Beschaufelung nach Schnitt 1-1(, unten einen Querschnitt durch die Beschaufelung nach ScbnittO-H.
  • Die Brennkraftturbine in Zweiflußbauart besteht im wesentlichen aus folgenden Teilen: Wassergekühltein Gehäusea mit Lagern, hohler Welleb mit Druckluftkanälen bl, b., zwei #ymnietrischen Läufernd mit Brennkarnmerabschluß 1 und i, wassergekühltem Läufermantelk mit Brennkammerringm und Ab- gaskammern s.
  • Das zweiteilige -wassergekühlte Gehäuse a besitzt Bedienungsöffnungen für Brennstoffventile und Zünd- oder Glühkerzen.
  • Die Welle b ist bis Mantelende hohl gebohrt und hat Kaltdruckluftausströmöffnungen b, für Verbrennungsluft, die in beideli H.ohlräumen e des Läuferkörpers d niünden, und b. für Kühl- und Spülluft, die über Kühlzeilent in den Abgaszellens enden und zur I,'-ühlung. der Welle - b und Abgaskammern s und zur Spülung letzterer dienen. Ferner besitzt die hohle Welleb in Turbinenmitte Aussparungenc für' Verbrennungsluftzuleitung zu den Brennkarnmernit.
  • Die einzelnen in Zweiflußbauart syrnn-ietrisch angeordneten Läuferkörperd sind auf der Welle b befestigt und enthalten im Innern Hohlräumee, die in der Turbinenmitte durch Heißdruckluftkanält f mit den Wellenaussparungenc verbunden sind. Durch diese wiXd die_ Verbrennungsluft zu.--den Brennkaminexn;i durch radiale, kegelige Kanäleo geleitet.
  • Ferner sind die Hohlräumee in den Läufer-:#örpernd mit den Treibgaskaiiäl#-n in der #,"e."chaufelung durch kleine, der Spülluft die-..,P##de Kanäle g verbunden.
  • -Die in den Hohlräumene durch die innere Turbinenwärine hocherhitzte Druckluft strömt in die Brennkammern it über Wellenaussparung c und Luftkanal o aus beiden Hälften der Turbine, wobei die Luftzufuhr durch die umlaufende Wellenaussparung c und feststehende öffnung des Brennkammerringes m gesteuert wird, der lagerartig die -Welle eng unischließt.
  • Diese Drennkammerluftzuführungskanäle o sind durch ffie Stellung der Welle zum Brennkammeriing während der Verbrennung geschlossen, zur neuen Ladung mit heißer Ver-Prennungsluft dagegen geöffnet.
  • Zur überleitung der Treibgase von einer auf die andere Laufradstufe können spiralförmige Auissparungen 1 im Mantel k und Schlitzöfffnung h im Läuferkörper d dienen, während die äußeren Zellen der Läufer in Abgasringens offen münden.
  • Die Beschaufelung der in der Turbinenmitte gelegenen ersten Druckstufe der Zweiflußbrennkammerturbine steuert denTreibgasaustritt aus den Brennkammerii entweder durch zentrisch in den Brennkammerringw eingreifende Endscheiben mit Durchlaßschlitzen j (Abb.3 unten) oder nach Abb.4 unmittelbar durch entsprechende Form der Turbinenbeschaufelung i. Beide schließen drehschieberartig die Brennkammern bei Ladung mit Heißluft ab und öffnen sie nach erfolgter Zündung zur krafterzeugenden Entspannung der Treibgase.
  • Die Läuferkörperd der Brennkraftturbine sind von einem,_ am Gehäuse a befestigten zweiteiligen, mit Kühlkanälen verschenen Mantelk umgeben, der mittels Stopfbüchsen gegen die Welle abgedichtet ist. Der Mantel wird zur weiteren Kühlung von Wasser um# flossen.
  • Der Mantelk trägt in seiner Mitte einen sch,eibenförmigen, am Mantel befestigten Brennkörperringni mit Zündvorkammern p. Radial von außen führen in diese die mit Einspritzdüsen versehenen Brennstoffveiitileq und, für elektrische Zündung, Zünd- oder Glühkerzen, währ, ' end Düsenp die Vorkammern, in denen die -Verbrennung eingeleitet wird, mit den Brennkammernn radial verbinden.
  • Die radialen, nach innen führenden Heißdruckluftzuführungsöffnungen o münden an der Welle und werden von den Aussparungen c der Welle gesteuert, d. h. mit den Heißdrucklufthohlräumene über Austrittskanälei verbunden oder von ihnen getrennt-, je nach #tellung,##r Aussparungc zur Brennkammereintrittsöffnung.o.
  • Die Brennkammern t# besitzen in axialer Richtung schlitzaffize Gasauslaß6ffnungen til auf b.#iden. Seiten--- des Ringkörpers (Abb. 4) Z ' überleitung der Treibgase in die Laufradur beschaufelung, Im Brennkammerring m sind, -wie oben gesagt., die schieberartigen Endflächen der ersten Druckstufe i und i zentrisch anschließen.d und abdichtend geführt. Synimetrisch angeordnete spiralförmige Aussparungen 1 im Mantelk dienen bei Entspannung, der Gase zur Überleitung derselben von tiner zur anderen Druckstufe der Laufräder.
  • An den Enden trägt der Mantelk je eine ringförmige Abgaskammers, welche die Ab- gase in, die Sammelräume a leiten. An. diesen sigd die Austrittsstutzen v und - Auspuffröhre angeschlossen.
  • Die äußeren Läuferkörper d enthalten offene Schlitze, -welche die Abgase in die Kammern s : leiten. - Mittels kalter D ruckluft aus Wellenbohrung b, werden, wie, oben - gesagt, die Abgaskammern dauernd gespült und gekühlt, wobei die eingebauten Kühlkammernt die unzulässige Erwärmung des den Lagern nahe liegenden Wellenstückes verhindern.
  • Durch den freien Raum z wischen Gehäuse a und Mantel-k -kann zwecks energischer - Kühlung der Turbine und der Lagger Kühlwass#er geleitet werden; in diesem Fälle kann die vorgesehene Kühlung des Gehäuses a durch Kanäle fortfallen; es bleibt jedoch die Kühlung des Mantels durch die Kanäle bestehen. Arbeitsvorgang der Brennkraftturbine Außer den in den Zeichnungen enthaltenen Teilen der Turbine (Einspritzventile und Glüh-oder Zündkerzen) gehören folgende bekannte Zubehörteile zur Turbine-Ein kleiner, mit der Welle gekuppelter Verdichter zur Erzeugung der erforderlichen. Druckluft, ein Fliehkraftregler für die Regelung der Drehzahl, eine Brennstoffpumpe für flüssige Brennstoffe oder ein Gas-emischventil zz für gasförmige Treibstoffe.
  • Der Regler regelt die Brennstoffmengen oder das Gasgemisch entsprechend der Belastung.
  • Außerdem benötigt die Turbine die bekannte elektrische- Anwurfeinrichtung (z. B. Anlasser).
  • Sämtliche Vorrichtungen werden in bekannter Weise von der Welle angetrieben und gesteuert.
  • Von den ständig in die hohle Welle eingepreßten Druckluftmengen eat-weicht. ein kleiner Teil durch Bohrun en,#2 in die Kühl-9 Zellen t der Abg#Lse..und kühlt -hier die Lager-, und Abgaszellen.s und spült letztere. Der größte Teil der Preßluft strömt - durch die Öffnurigen,b, in die beiden Hohlräumee- dey Laufradnabe und. wird hier-hoch-erhitzt durch die innere Abwärme -der Läufer, kühlt aber gleichzeitig die Welle -und verhindert unzulässige Temperaturensteigerungen -derselben. Ein kleiner Teil dieser Heißdruckluft entweicht durch die Bohrungeng in die Be#_ schaufelung und spült diese von Abgasen aus, während der-Rest als -Verbrennungsluft beijerseitig über die Wellenaussparung-c durch die voii der Welle b gesteuerten radialen, Kanäle o in die Brennkammerli it tritt.
  • Die Brennkamm-ernn werden durch die eng anschließenden, abgedichteten drehschieberartigen Endscheibeni oder Flächen! der inrieren Laufradstufe beiderseitig völlig abgeschlossen oder geöffnet, je nach Stellung der unilaufenden Turbinenteile. Sie werden also selbsttätig derart gesteuert, daß bei -geöffhe ten Heißdrucl -luftkanäleno -während der Bren:nstoffeinspritzung und Zündang die Austrittsschlitze, ii, der 'Brennkammern akial geschlossen sind, aber nach erfolgter Zündung zur krafterzeugenden Entspannung der Gase geöffnet werden, wobei die Heißdruckluftkanäle o, gesteuert - durch die umlaufende Welleb, geschlossen sind.
  • Während die Brennkammeraustrittsschlitze ii, durch die Drehschieber j und i geschlossen sind, wird kurz nach deren Ladung mit Heißdruckluft feinzerstäubter Brennstoff aus der Ventildüse q in die Zündvorkammern p unter Druck eingespritzt und gleichzeitig durch die heiße Druckluft oder mit Hilfe der Glüh- oder Zündkerzen zur Entflammung gebracht.
  • Bei Betrieb der Turbine mit gasförmigen Brennstoffen tritt an die Stelle des Brennstoffzerstäuberventilsq ein Gasventil, das das unter Druck stehende, im Mischventil mit Verbrennungsluft vermischte Gas des Gaserzeugers in die Zändkammer preßt, wo es mittels Zündkerzen oder zweckmäßiger Glühk#erzen zur Entflammung gebracht wird. Das Mischventil wird durch den Fliehkraftregler in bekannter Weise gesteuert.
  • Der in den Vorkammern p entzündet-Brennstoff tritt unter erheblicher Drucksteigerung durch Düsen in die Brennkammern n und -wirkt nach öffnung derselben beiderseitig durch die gesteuerten drehschieberartigen Abschlüsse t und i auf die Beschaufelung der Laufräder durch Entspannung der Gase, unter Druckabfall Arbeit leistend, worauf die zum Teil entspannten Gase-durch die Aussparungl des Mantelsk in die zweiten Druckstufen zur Arbeitsleistung geleitet wer-,den" wodurch die Gase die Beschaufelung beaufschlagen und durch Schlitzöffnungen k zur dritten Kammer übertreten.
  • Der gleiche Vorgang, stets mit weiterer EntspanDung der Gase verbunden, wiederholt sich in der dritten und vierten Druckstufe, worauf die Gase mit geringem überdruck in die Abgask#untner s und Sammelkammer u eintreten und diese -durch die Austrittsrohrstutzen il verlassen.
  • Die IngAngsetzung der kalten Turbine erfolgt mittels Anwurfmotor, wobei die ersten Zündungen durch bekannte Zündvorrichtungen eingeleitet werden. Die Leistungsregelung der Turbine kann auch durch Ab- und Zuschalten von Einspritzdüsenq erfolgen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Mehrstufige Brennkraftturbine in Zweiflußbauart für Betrieb mit zerstäubten oder gasförmigen Treibstoffen mit Heißdruckluftentflammung oder elektrischer Zündung nebst wassergekühltem Gehäuse und hohler Welle, die zur Zuführung der Verbrennungsluft und der Kühlluft für den Läufer dient, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zwischen den beiden im Zweifluß beaufschlagten Turbinenteilen vorgesehenen feststehenden Ringkörper (rn) Brennkammern (n) angeordnet sind, deren zum Auslaß der Treibgase dienenden öffnungen (n,) in axialer Richtung auf beiden Seiten des Ringkörpers und deren radial nach innen gerichtete, der Luftzuführung dienende öffnung (o) durch mit dem Läu-' fer umlaufende Turbinenteile, z. B. Wellenaussparungen (c) oder Abschlußscheiben der Brennkammern, gesteuert we j rden, während radial von außen in die mit Einlaßdüsen versehenen Zündvorkammern (p) 2 in denen die Verbrennung eingeleitet wird, Brennstoffventile mit Zerstäubungsdüse (q) münden.
  2. 2. Brennkraftturbine nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach innen gerichtete, zur Luftzuführung dienende öffnung (o), durch die der Druckluftzuführung dienende Welle (b) gesteuert wird, in welcher sich Aussparungen (c) befinden, die mit hocherhitzter Druckluft, aus den Hohlräumen (e) des Läuferkörpers strömend, gespeist werden. 3. Brennkraftturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (e) des Läuferkörpers mit den Treibgaskanälen in der Beschaufelung .durch kleine Kanäle (g) verbunden sind, welche Spülluft zu den Treibgaskanälen führen. 4. Brennkraftturbine nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch. die hohle Welle (b)Kaltdruckluft über Kühlkammern (1) auch zu den Abgaskammern (s) geleitet wird, welche hierdurch gereinigt und gespült werden, wobei die Kühlkammern zur Kühlung der ringförmigen Abgaskammern -und Welle dienen.
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