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Verfahren und Vorrichtung zum Betriebe von Gasdampfturbinen. Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Gasdampfturbinen, bei denen die bei der
Explosion des Gasgemisches entstehende Wärme zum Teil einem die Explosionskammer
kühlenden Mittel zur Erzeugung von Dampf zugeführt wird. Die Zufübrung von Dampf
und einem zündfähigen Luftgasgemisch geschah bisher in der Weise, daß der Dampf
erst nach der Expansion der Verbrennungsprodukte auf Eintrittsspannung in die Explosionskammer
zugeführt wurde. Dem Dampf fiel dabei die doppelte Aufgabe zu, einmal die Leistung
der Turbine zu erhöhen, indem die Geschwindigkeitsänderungen des ausströmenden Mittels
möglichst klein gehalten wurden, und ferner die Schaufeln vor schädlicher Überhitzung
zu schützen. Beide Aufgaben werden bei zeitlich getrennter Zuführung von Zündmenge
und Dampf nur unvollkommen erreicht. Da die Ausströmungsgeschwindigkeit mit der
Temperatur und dem Druck des ausströmenden Mittels zunimmt, geht ein großer Teil
der Wärme der Verbrennungsgase unausgenutzt in die Schaufeln, ein Wärmeausgleich
zwischen Dampf und Verbrennungsgasen findet nur unvollkommen statt, da im Augenblick
der Zuführung des Dampfes das Verbrennungsprodukt bereits auf Ladespannung expandiert,
seine Temperatur daher stark gesunken ist. Eine nennenswerte überhitzung des Dampfes
findet daher nicht statt. Wird dagegen der Dampfraum gemäß vorliegender Erfindung
im Augenblick der Explosion des Gasluftgemisches mit der Explosionskammer in Verbindung
gebracht, so daß beide Mittel gleichzeitig expandieren, so findet neben sofortigem
Druckausgleich ein günstigerer Wärmeausgleich statt. Der gleichzeitig, aber räumlich
hinter den Verbrennungsgasen ausströmende Dampf kann sich an den Wandungen der Verbrennungskammer
hoch erhitzen. Die Leistung der Turbine wird daher größer.
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Die durch die gleichzeitige Expansion beider Mittel vereinfachte und
beschleunigte Abwicklung eines Arbeitstaktes hat zugleich eine mechanische Vereinfachung
der Turbine zur Folge, indem während eines Taktes nur ein Ventil sich einmal bewegt.
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Zur Ausführung des Verfahrens wird zwischen der Explosionskammer einerseits
und dem Dampf- sowie Gasgemischraum anderseits ein selbsttätiges Ventil angeordnet,
das die Explosionskammer während des Ladens unter Absperrung des Dampfraumes mit
dem Gasgemischraum und im Augenblick der Explosion unter Abschluß des Gasgemischraumes
mit dem Dampfraum in Verbindung setzt. Dabei ist die Explosionskammer von dem selbsttätigen
Ventil durch einen engen langen Kanal getrennt, um das Ventil vor dem schädlichen
EinfluB der hohen Temperatur der Explosionsgase zu schützen.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasdampfturbine
gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. z einen senkrechten Schnitt
durch die in Betracht kommenden Teile der Turbine,
Fig. 2 einen
Schnitt nach A-B der Fig. r. An dem Gehäuse x der Turbine sind ringförmig verteilt
die Explosionskammern 2 angeordnet, deren jede von einer Wasserkammer 3 umschlossen
ist. Um den Wärmeübergang aus der Explosionskammer in die Wasserkammer zu beschleunigen,
ist die Explosionskammer mit Rippen 4 versehen und gegebenenfalls am hinteren Ende
mit Siederohren 5 ausgerüstet. Die Wasserkammern stehen je durch ein Rückschlagventil
6 mit einem ringförmigen Wasserspeiseraum 7 in Verbindung. Die Füllung des Speiseraumes
erfolgt durch eine Pumpe. Die Belastung der Ventile 6 ist regelbar. Den Stirnenden
der die Explosionskammern umschließenden Kühlkammern 3 ist ein ringförmiger Gasgemischsammelraum
8 vorgelagert. Dem Sammelraum wird das Gasluftgemisch aus dem Vergaser durch eine
Pumpe unter Druck zugeführt. Um Störungen zu vermeiden, wenn die Pumpe mehr Gemisch
fördert und höheren Druck erzeugt, als zulässig ist, wird in dem Ringkanal ein Überströmventil
vorgesehen, das das überschüssige Gasgemisch zu dem Vergaser zurückleitet. Der Sammelraum
ist durch Rückschlagventile g gegenüber den einzelnen Explosionskammern bzw. den
Ventilkammern von zwischengeschalteten Steuerventilen Io abgeschlossen, welche die
Explosionskammern abwechselnd mit dem Gasgemischraum 8 und dem Wasser- bzw. Dampfraum
3 verbinden. Die Belastung der Rückschlagventile ist regelbar, um den Gemischdruck
den verschiedenen Brennstoffen anzupassen. Um eine schädliche Überhitzung der Steuerventile
zu verhindern, ist der Hals der Explosionskammer eng und lang ausgebildet.
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Die Einrichtung der Steuerventile ist folgende: Das zylindrische hohlgebohrte
Ventilküken Io ist in seinem Gehäuse II verschiebbar gelagert. Die Endstellungen
sind auf der der Explosionskammer 2 zugekehrten Seite durch einen Anschlag I2 auf
der der Gemischkammer 8 zugekehrten Seite durch das Aufsitzen des Ventilkegels I3
auf seinem Sitz I4 bestimmt. In die Ventilführung sind Längskanäle I5 eingeschnitten,
zwischen denen radiale Kanäle I6 zur Verbindung des inneren Ventilraumes mit einer
das Ventilgehäuse umgebenden Ringkammer I7 angeordnet sind. Von letzterer führt
ein Rohr I8 in den Dampfraum der Wasserkammer 3. Bei aufsitzendem Ventilkegel I3
sind die radialen Kanäle I6 frei. Der in der Wasserkammer entwickelte Dampf kann
daher in die Explosionskammer 2 strömen. Sitzt dagegen das Ventilküken auf dem Anschlag
I2 auf, so sind die radialen Kanäle I6 abgeschlossen, dagegen der Ventilkörper offen.
Das Gasgemisch strömt dann nach Öffnung des Rüekschlagventiles g durch die Längskanäle
I5 um das Küken Io herum in die Explosionskammer.
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Am Ende jeder Explosionskammer ist eine Zündkerze Ig angeordnet.
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Die Wirkungsweise der Turbine ist folgende: Aus dem Vergaser wird
durch die Pumpe das Gasgemisch angesaugt und in den ringförmigen Sammel- und Verteilungsraum
8 hineingedrückt. Sobald der von der Art des Brennstoffes abhängige Gemischdruck
erreicht ist, öffnen sich die Rückschlagventile g. Das Gasgemisch schiebt das Küken
Io jedes Steuerventiles vor sich her bis an den Anschlag Iz, umströmt dann das Küken
und gelangt in die Explosionskammer 2. In dem Augenblick, wo das Gasgemisch die
am Ende der Kammer befindliche, beim Anlaufen dauernd funkende Zündkerze Ig erreicht,
wird es zur Explosion gebracht. Die explodierten Gase strömen zwischen den Siederohren
5 und dem Leitschaufelkranz 2o der Turbine hindurch in das Laufrad 2=, wo sie ihre
Energie abgeben. Im Augenblick der Explosion wird durch den Druck der Explosionsgase
das Steuerventilküken =o wieder auf seinen Sitz 14 zurückgeworfen und dabei die
Verbindungskanäle 16 der Ventilkammer mit dem Dampfraum des Kühlwasserraumes 3 freigelegt.
Die- überschüssige schädliche Explosionswärme wird durch die dünne mit Rippen versehene
Wandung und die Siederohre 5 der Explosionskammer 2 in das Kühlwasser übergeführt.
Es findet daher eine ununterbrochene heftige Dampfentwicklung statt. Infolge der
Verbindung des Dampfraumes und des Explosionsraumes expandieren die Verbrennungsprodukte
und der Dampf gleichzeitig, aber räumlich hintereinander, - Beim Durchströmen der
Explosionskammer kühlt der Wasserdampf die inneren Wandungen der hoch erhitzten
Explosionskammer und wird dabei selber sehr stark überhitzt, Sobald der Dampf im
Kühlwasserbehälter so weit expandiert ist, daß der Druck 'im Dampf- und Explosionsbehälter
geringer ist als der Druck im Gasgemischsammelraum 8, öffnet sich das Rückschlagventil
g wieder und der Vorgang wiederholt sich in der eben beschriebenen Weise. Nach dem
zweiten oder dritten Arbeitsvorgang kann die elektrische Kerzenzündung =g abgestellt
werden. Die weiteren Explosionen werden dann durch Selbstzündung herbeigeführt.
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In dem Maße, wie sich der Wasserinhalt der Wasserkammern 3 durch Dampfentwicklung
vermindert, wird Wasser durch die selbsttätigen Rückschlagventile 6 wieder zugeführt,
so daß der Wasserstand auf gleicher Höhe erhalten bleibt. Die Ventile 6 müssen sich
also im gleichen Takte bewegen wie die Ventile g, Da beide sich gegen den in der
Wasserkammer
herrschenden Druck öffnen müssen, muß also die entsprechende Belastung gleich sein.