DE142964C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Arbeitsverfahren für Turbinen mit elastischem Treibmittel und besteht im besonderen darin, daß das Treibmittel, nachdem es einen Turbinenkörper durchströmt und demselben eine gewisse Arbeit abgegeben hat, in einen besonders geformten Kanal eingeleitet wird, in welchem seine absolute Austrittsgeschwindigkeit wieder in Druck umgewandelt wird, so

ίο daß es beim Austritt aus dem Kanal eine geringere Geschwindigkeit, aber einen größeren Druck angenommen hat, als dasselbe beim Austritt aus dem Turbinenkörper bezw. beim Eintritt in den Kanal hatte. Vom letzteren wird das Treibmittel zu einem zweiten Turbinenkörper oder zu einem zweiten Teil des-

, selben Turbinenkörpers geleitet. Nachdem es diesen zweiten Turbinenkörper durchströmt hat, wird es durch einen in derselben Weise wie vorher in einen entsprechend geformten Kanal geleitet, in welchem seine absolute Austrittsgeschwindigkeit wieder in Druck umgewandelt wird. In dieser Weise wird das Treibmittel durch eine Anzahl von Turbinenkörpern, welche hierdurch in Umdrehung versetzt werden, durchgeleitet und während des Durchströmens der zwischen den Turbinenkörpern befindlichen, besonders geformten Kanäle seine Geschwindigkeit jedesmal in Druck umgewandelt, bis schließlich eine Dehnung auf atmosphärischen Druck bezw.' Kondensatordruck erreicht ist.

Fig. ι und 2 der beiliegenden Zeichnungen dienen. dazu, den in den oben erwähnten Kanal vor sich gehenden Verlauf, nach welchem die Geschwindigkeit des Treibmittels in Druck umgewandelt wird, zu verdeutlichen und die Bedingungen hervorzuheben, welche der Kanal, um diesen Verlauf zu ermöglichen, erfüllen muß. A sind Längsschnitte einer Dampfleitung, an welcher ein in ein Rohr E endender Kanal C bezw. H angeschlossen ist. B und D bezeichnen Hähne, welche in der Leitung A bezw. im Rohre E eingeschaltet sind.

Wird nun in die Leitung A (Fig. 1) bei vollkommen offenem Hahn D Dampf eingelassen, dessen Druck durch Einstellung des Hahnes B auf einer bestimmten Höhe gehalten und an einem mit dem Loch a in Verbindung stehenden Manometer abgelesen werden kann, so strömt eine von der Dampfdrucktemperatur und dem kleinsten Querschnitt des Kanals C abhängige Dampfmenge durch den Kanal und das Rohr E hindurch. Der Kanal ist derart geformt, daß der Dampfstrahl beständig entsprechend seiner Dehnung zunehmende Querschnitte durchläuft. Es zeigt sich hierbei, daß der Dampfdruck im kleinsten Querschnitte des Kanals (bei b) etwa 58 Prozent des Druckes bei α ist, und daß der Druck in den Querschnitten c d e/ von diesem Druck bis zum atmosphärischen bezw. bis zu dem in dem Raum, in welchen das Rohr E mündet, herrschenden Druck beständig abnimmt, wie es die untere Kurve (Fig. 1) veranschaulicht, welche die Drücke in den Öffnungen abcd ef angibt. Es zeigt sich ferner, daß bei Verengung des

(S. Auflage, ausgegeben am /5. April /go4J

Querschnitts durch Schließen des Hahnes" D der Druck bei b konstant bleibt," wogegen der Druck in den Querschnitten c d ef steigt. Bis zu einer gewissen Grenze bleibt hierbei auch die durchströmende Dampfmenge konstant. Der Dampfdruck in den verschiedenen Querschnitten bed ef des Kanals C kann hierbei der oberen Kurve (Fig; ι) zu folgen gezwungen werden, d. h. der Druck steigt der Drosselung

ίο entsprechend, so daß derselbe bei / nur um einen kleinen Betrag niedriger ist als der Druck bei a. Wird der Hahn D weiter gedrosselt, derart, daß die durchströmende Dampfmenge vermindert wird, so steigt der Druck weiter bei/, aber auch gleichzeitig bei b, wobei er sich bei / immer höher hält als bei b. Hierbei ist die durchströmende Dampfmenge fortwährend von dem Druck bei b abhängig. Sobald die Strömung vor sich geht, entsteht also ein Druckunterschied zwischen / und b, welcher den Höchstwert erreicht, wenn der Druck bei b 58 Prozent des Druckes bei α ist.

Hat dagegen der zwischen die Dampfleitung A und das Rohr E eingeschaltete Kanal die in Fig. 2 dargestellte Form, d. h. besteht derselbe aus einer Öffnung h mit gleichem Querschnitt wie derjenige bei b in Fig. Ϊ, und erweitert sich der Kanal dann plötzlich zu dem Durchmesser der Dampfleitung bezw. des Rohres E, so tritt der beschriebene Verlauf nicht ein. Bei voll offenem Hahn D strömt dieselbe Dampfmenge durch wie bei der Einrichtung nach Fig. i, wenn der Druck bei a derselbe ist, und der Dampf expandiert bis zu dem Drucke in dem Raum, in welchem das Rohr E ausmündet, wobei der Druck bei b etwa 5.8 Prozent des Druckes bei α ist. Wird der Hahn D dann gedrosselt, so steigt der Druck bei / bis daß derselbe etwa 58 Prozent des Druckes bei α beträgt, d. h. gleich dem Drucke bei b wird. Hierbei strömt dieselbe Dampfmenge durch wie vorher. Wird jetzt der Hahn D weiter gedrosselt, so steigt der Druck bei b gleichzeitig mit dem Druck bei/ und hält sich demselben gleich, die durchströmende Dampfmenge wird geringer. In diesem Falle kann man also keinen höheren Druck bei / als bei b erhalten. Im wesentlichen ergibt sich derselbe Erfolg beim Versuch mit Gas anstatt Dampf.

In Fig. 3 bis 10 ist die Erfindung in Anwendung auf Reaktionsdampfturbinen verschiedener Art dargestellt. Die Eintrittsöffnungen der Kanäle eines vorhergehenden Turbinenkörpers entsprechen hierbei der Dampfleitung A (Fig. 1), während die Austrittsöffnungen, welche kleiner sind als die Eintrittsöffnungen , dem kleinsten Querschnitte des Kanals C (bei b) entsprechen. Die Eintritts-Öffnungen des nachfolgenden Turbinenkörpers entsprechen dem größten Querschnitte des Kanals C (bei /), während die Austrittsöffnungen dieses Turbinenkörpers dem freien Querschnitte des gedrosselten Querschnitts bei D entsprechen.

Fig. 3 und 4 stellen im Längs- und Querschnitte eine radiale Reaktionsverbundturbine dar. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind eine Anzahl Turbinenkörper//¹/'²/³/⁴ auf der gemeinsamen Welle N befestigt und je in einem Gehäuse Q Q¹ Q² Q³ Q⁴ angeordnet. Jeder Körper ist am Umkreise mit einer Anzahl Schaufeln M versehen (s. Fig. 4), wobei die Eintrittsöffnungen 0 der zwischen.den Schaufeln gelegenen Räume größer sind als die Austrittsöffnungen o¹ derselben. LL¹UL³L* sind zentrale Einlasse zu den betreffenden Turbinenkörpern. Die die Turbinenkörper umgebenden Gehäuse QQ¹ Q² Q⁸ Q⁴ sind am Umkreise mit Kanälen C C¹ C² C³ C⁴ versehen, welche in ihrer Form dem Kanal C in Fig. 1 entsprechen, so daß derselbe Verlauf, welcher oben mit Hinweis auf Fig. 1 beschrieben ist, vor sich geht. Die Kanäle CC C² C³ C* sind derart angebracht, daß ihre in die Gehäuse Q. Q.¹ Q² Q³ Q⁴ einmündenden Öffnungen k k^l k'² k^s /i⁴ den Austrittsöffnungen o¹ o³ o⁵ o⁷ oⁿ der Schaufelräume gegenüberliegen und so nahe derselben als möglich, wobei die Breite jeder dieser Öffnungen k k¹ k² k³ k* der Breite der genannten Öffnungen o¹ o³ o⁵ o⁷ o^fl entspricht. Die Kanäle C C C² C³ C⁴ münden mit ihren äußeren Enden in Kammern V V¹ F² F⁸ F⁴ aus, welche zwischen den verschiedenen Turbinengehäusen Q. Q.¹ Q² Q³ Q⁴ angeordnet sind und mit den zentralen Einlassen L¹L²L³L'¹ in Verbindung stehen, mit Ausnahme der letzten, Kammer F⁴, welche mit dem Dampfauslaß A-verbunden ist. Die Querschnitte dieser Kammern entsprechen ungefähr dem Querschnitt der in den Kammern ausmündenden Öffnungen der Kanäle C C¹ C² C³ C⁴. Vor dem Einlaß L liegt eine Kammer T, in welche die Dampfleitung A führt.

Die Wirkungsweise dieser Verbundturbine ist folgende: Der bei A in die Kammer T eintretende Dampf strömt durch den zentralen Einlaß L in den ersteren Turbinenkörper / ein und durch die Öffnungen o¹ wieder aus, wobei er den Turbinenkörper durch Reaktionswirkung in Umdrehung versetzt. Von den Öffnungen o¹ strömt der Dampf in den ringförmigen Kanal C und 'in die Kammer F hinein, von der er durch den zentralen Einlaß L¹ in den zweiten Turbinenkörper P eintritt, um, nachdem er die Schaufelräume desselben durchströmt hat, in den ringförmigen Kanal C¹, die Kammer F¹ und durch den Einlaß Lr des dritten Turbinenkörpers P usw. zum Auslaß A² zu gelangen. In den Austrittsöffnungen ο' des Turbinenkörpers I hat der Dampf einen Druck, welcher mindestens 58 Prozent des in

der Dampfleitung A, Kammer T, den Einlaß L, den Turbinenkörper / und den Eintrittsöffnungen ο herrschenden Druckes beträgt, da diese Austrittsöffnungen o^l dem Querschnitte bei b nach Fig. ι entsprechen. Während des Durchströmens durch den Kanal G wird die absolute Austrittsgeschwindigkeit des Dampfes vom Turbinenkörper ganz oder teilweise in Druck derart umgewandelt, daß der Druck in

ίο der Auslaßmündung des Kanals größer wird als der Druck, welcher in den Austrittsöffnungen o¹ herrscht, und zwar in derselben Weise, wie es im Kanal C in Fig. ι geschieht, dadurch, ,daß die Austrittsöffnungen o³ des nachfolgenden TurbinenkörpersI¹ demHahn/) in Fig. ι entsprechen und die notwendige Drosselung des ausströmenden Dampfes bewirken. Durch den Einlaß L¹ tritt also Dampf mit einem Druck ein, der höher ist als derjenige, mit welchem er den Turbinenkörper / verläßt.

Die Querschnitte der Kammer F, des Einlasses L¹ und der Eintrittsöffnungen der Schaufelräume des Turbinenkörpers P sind derart, daß die Geschwindigkeit des Dampfes in diesen Durchgängen ungefähr der in Dampfleitungen üblichen Geschwindigkeit entspricht. In den Austrittsöffnungen o³ des Turbinenkörpers P hat der Dampf 58 Prozent des in der Kammer F, dem Einlaß L¹ und den Austrittsöffnungen o² herrschenden Druckes. Beim Durchströmen durch den Kanal C¹ geht derselbe Verlauf als in dem Kanal C (Fig. 1 und .3) vor sich, und der Druck des Dampfes in der Kammer F¹ ist höher als der Druck in den Austritts'öffnungen o³. In dieser Weise vollzieht sich der Verlauf in den übrigen Turbinen usw., bis daß der Dampf zum atmosphärischen bezw. zum Drucke im Kondensator expandiert ist.

Die in Fig. 5 im Querschnitt dargestellte Ausführungsform zeigt eine axiale Reaktionsverbundturbine, bei welcher dieselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel gebraucht sind. 1I¹PPP sind die Turbinenkörper, von welchen die vier ersten axial beaufschlagt werden, während der vierte radial beaufschlagt wird. Die Vorrichtung und die Wirkungsweise derselben ist aus der Zeichnung leicht ersichtlich.

Fig. 6 bis 9 zeigen eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, bei welchem ein einziger Turbinenkörper verwendet ist, zu welchem der Dampf mehrmals zurückgeleitet Wird. Fig. 6 ist ein. Längsschnitt nach der Linie x-x in Fig. 7, welche einen Querschnitt nach der Linie \-\ in Fig. 6 veranschaulicht. Fig. 8 zeigt den Turbinenkörper und Fig. 9 eine Schaufel. Die Turbine ist, wie die schon dargestellten, eine Reaktionsturbine; ihre Schaufein ι reichen in dem Turbinenkörper vom Umkreise bis zur Nabe (Fig. 6, 8 und 9) und ragen mit dem Teil 2 in den zentralen Einlaß L hinein, und zwar bis zu dem mit der Nabe zusammenhängenden Plantsche 3 (siehe Fig. 6 und 9). Wie mit bezug auf die übrigen hier dargestellten Ausführungsformen beschrieben, ist ein ringförmiger Kanal C den Austrittsöffnungen des Turbinenkörpers gegenüber angebracht. Das Gehäuse bezw. die Kammer F, in welcher der genannte Kanal ausmündet, ist jedoch, wie Fig. 7 zeigt, .durch Scheidewände 4,5,6,7 und 8, welche von dem Umkreise der Kammer bis zum zentralen Einlaß L ragen, in vier Abteilungen 9, 10, 11 und 12 geteilt. Durch Scheidewände 13, 14, 15, 16, 17 und 18 ist der Kanal in fünf Abteilungen 19, 20, 21, 22 und 23 geteilt, von welchen die vier ersten 19, 20, 21 und 22 mit je einer Abteilung 9, 10, 11 und 12 der Kammer Fund die fünfte Abteilung 23 mit dem Auslaß 24 verbunden sind. Durch eine radiale Scheidewand 25 und eine mit dem zentralen Einlaß konzentrische Scheidewand 26 ist' eine Abteilung 27 gebildet, in welcher das Dampfrohr A einmündet.

Der Weg des Dampfes durch den Turbinenkörper ist nun folgender: Durch das Dampfrohr A tritt der Dampf in die Abteilung 27 hinein und gelangt zum zentralen Einlaß L, wobei er in eine der Entfernung zwischen den Scheidewänden 25 und 4. entsprechende Anzahl von Schaufelräumen einströmt. Der Dampf tritt also in ein Segment a-b (Fig.. 8) des Turbinenkörpers ein und von diesem durch die Abteilung 19 des Kanals C in die Ab-■ teilung 9 der Kammer F. Von dieser Abteilung 9 strömt der Dampf durch den zentralen Einlaß L zum Turbinenkörper und tritt da in ein Segment b-c ein (Fig. 8), welches der Entfernung zwischen den Scheidewänden 4 und 5 bei dem zentralen Einlaß L gemessen entspricht. Vom Segment b-c strömt der Dampf in die Abteilung 20 des Kanals C zur Abteilung 10 der Kammer F ein und tritt alsdann in das Segment c-d des Turbinenkörpers ein, geht durch die Abteilung 21 des Kanals, die Abteilung 11 der Kammer F, das Segment d- e, die Abteilung 22 des Kanals, die Abteilung 12 der Kammer F, das Segment e-f, die Abteilung 23 des Kanals C bis zum Auslaß 24.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Turbine ist der Turbinenkörper I wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 bis 9 ausgeführt, während die Turbinenkörper II bis V wie in Fig. 3 und 4 gestaltet sind, wobei auch die Turbinenkörper II bis V entweder ganz oder zum Teil nach Fig. 5 ausgeführt sein können.

Fig. 11 zeigt im Längsschnitt eine entsprechend ausgeführte Aktionsverbundturbine. Wie vorher bezeichnen//¹/² die Turbinenkörper, welche hier als axiale Vollturbine angeordnet sind. F F¹ F² sind die Leiträder, C C¹ C² die Kanäle, in welchen die absolute Austrittsge-

sch windigkeit des Dampfes in entsprechenden Druck umgewandelt wird, wobei die Leiträder F die Stelle des Drosselorgans D nach Fig. I übernehmen; A² ist der Dampfauslaß. Vom Dampfrohr A tritt der Dampf, in die Kammer T ein, hierauf durch die Leitkanalc F in den Turbinenkörper /, von dessen Austrittsöffnungen o¹ der Dampf in den Kanal C und die Kammer V hineinströmt. Von letzterer gelangt der Dampf, welcher jetzt einen höheren Druck als beim Verlassen des Turbinenkörper 3 besitzt, zu den Leitkanälen F¹ und dem Turbinenkörper 7² usw.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Verfahren zum Betrieb mehrstufiger Dampf- oder Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit ao des Treibmittels nach einer Expansionsstufe durch einen nach Art eines Diffusors wirkenden Kanal und durch nachherige Drosselung vor der darauf folgenden Expansionsstufe in Druck umgesetzt wird.
2. 2. Turbine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Austrittsöffnungen des vorhergehenden Turbinenkörpers dem. kleinsten Querschnitt des Kanals annähernd gleich ist, während die Summe der Austrittsöffnungen des nachfolgenden Turbinenkörpers kleiner ist als die größten Querschnitte des Kanals und dadurch die erwähnte Drosselung bewerkstelligen. "
3. 3. Turbine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (c) durch Scheidewände in mehrere Abteilungen (19 bis 23) geteilt ist, welche mit je einem Räume (9, 10, 11, 12) des Gehäuses in Verbindung stehen, so daß das Treibmittel mehrere AIaIe zu demselben Turbinenlaufrad zurückgeleitet wird.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.