DE503720C - Waermemaschinenanlage mit Dampferzeuger, Turbine und Kondensator - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß man bei einem sich adiabatisch entspannenden und daher mit einer bestimmten Geschwindigkeit fließenden Dampfstrahl theoretisch durch Hindurchführen durch einen zweckmäßig bemessenen Kanal die kinetische Energie des Dampfstrahles in potentielle Energie umwandeln und seinen Druck erhöhen kann. In der Praxis vollzieht sich diese Umwandlung infolge von Reibungsverlusten mit einem schlechten Wirkungsgrad.

Andererseits kann man bekanntlich, wenn es gelingt, bei der Verdichtung dem Dampfstrahl eine große Wärmemenge zu entziehen und damit seine innere Energie nennenswert" herabzusetzen, unter Beibehaltung der kinetischen Energie des Dampfstrahles eine Vergrößerung des Druckes erzielen, weil die anfängliche kinetische Energie sich auf eine Dampfmenge bezieht, deren Verdichtung wenig Arbeit erfordert.

Da sich die Verkleinerung der inneren Energie dann in der Verkleinerung der Dampfmenge ausdrückt, ergibt sich, daß die Querschnitte des Kanals, in welchem die Umwandlung der kinetischen in potentielle Energie stattfindet, bei sonst gleichen Verhältnissen kleiner sein müssen als in dem oben betrachteten Fall.

Andererseits führt die große abzuführende Wärmemenge zu einer großen Austauschfläche für die Umhüllung des Strahles und zu der Benutzung einer Kühlflüssigkeit von einer Temperatur, die weit unterhalb der Temperatur des Dampfstrahles liegt. Die erforderliehe große Austauschfläche nötigt dazu, dem Abflußkanal eine große Länge zu geben, so daß er nicht im normalen Auspuffstützen einer Dampfturbine untergebracht werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wand des Dampfkanals mittels Kühlkanälen auf eine wenig unterhalb der Temperatur des Kondensators liegende Temperatur gekühlt, die also auch der Temperatur des Dampfstrahles ziemlich naheliegt. Es wird somit eine nennenswerte Änderung der inneren Energie des Dampfstrahles vermieden und durch die Abkühlung in der Hauptsache die Energieumwandlung ausgelöst. Im Zusammenhange damit behalten die einzelnen Kanalquerschnitte die Werte, die sie rechnerisch haben müssen, um bei Abfluß unter Verdichtung den Durchgang des gesamten Dampfes ohne Änderung der Menge zu sichern. Ferner kann die Länge des Abflußkanals von derselben Größenordnung wie sein Durchmesser sein.

Die Steigerung der Abflußgeschwindigkeit des Abdampfes führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Turbine.

Die Erfindung ist das Ergebnis des folgenden Versuches: Ein Gefäß ι (Abb. i) mit gleichbleibend gesättigtem oder ein wenig feuchtem Dampf unveränderter Spannung von 30 mm Hg steht durch einen Hahn 2 und eine kegelig sich verjüngende Düse 3, an die sich ein zylindrischer Teil 4 oder ein leicht kegelig sich erweiternder Teil anschließt, mit einem Kondensator 5 in Verbindung, in welchem ein Druck von 25 mm Quecksilber aufrechterhalten wird. Die Teile 3 und 4 der Düse sind durch eine enge Öffnung 6 getrennt, welche von einer geschlossenen Kammer 6' zum Messen des Dampfdruckes bei 6 umgeben ist. Wenn der Hahn 2 offen ist, strömt der Dampf aus dem Gefäß 1 in den Kondensator 5, wobei der Druck in Richtung des Abflusses gleichmäßig abnimmt. Es wurden folgende Drücke festgestellt:

bei 1' 30 mm Quecksilber,

- 6 28 -

Die Geschwindigkeit des Dampfes bei 6 betrug 150 m pro Sekunde und die Dampf menge 55 kg¹ P^ro Stunde. Legt man um 4 einen Doppelmantel 7, durch welchen Wasser fließt, dessen Temperatur um einige Grade niedriger ist als die im Kondensator 5, so wird festgestellt, daß die Drücke, die Geschwindigkeit und die Menge in folgender Weise sich verändern:

Druck bei 1' 30 mm Quecksilber,

- 6' 20 - -

- 5' 25 -

Geschwindigkeit bei 6 : 400 m pro Sekünde,

Dampfaustrittsmenge: 65 kg pro Stunde.
Dieser Versuch zeigt die Möglichkeit, im Laufe seines Weges den Druck eines elastischen Treibmittelstrahles unterhalb seines Austrittsdruckes herabzusetzen.

Bei 4 und 5' wächst der Druck. Die dem Treibmittel bei 4 zu entziehenden Wärmemengen sind nur gering.

Die Vorrichtung findet vielfache Anwendung, deren wesentlichste die auf Dampfturbinen ist, die nachstehend beschrieben wird: Bringt man unmittelbar hinter dem Schaufelkranz des letzten Turbinenrades Leitungen für den Dampf, der auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt ist, also die des Kondensators, an, so kann man die Dampfgeschwindigkeit und -menge in der Turbine und damit die Leistung dieser erhöhen, oder aber man kann den Querschnitt der Austrittsleitungen des Dampfes vermindern, ohne Herabsetzung der Leistung.

Die Verwendung der Vorrichtung gestattet ferner, einen Kondensator schwächeren Vakuums und höherer Temperatur zu benutzen, ohne die Leistung und den Dampfverbrauch der Turbine zu verändern. Dadurch, daß man das Vakuum nicht zu weit zu treiben braucht, ist man imstande, die Anlage mit geringen Kosten zu bauen; andererseits vermehrt die höhere Temperatur des Kondenswassers, welches in den Kessel zurückgeführt wird, die thermodynamische Leistung der Gesamtanlage.

Auf der Zeichnung sind beispielsweise drei verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung in Anwendung auf Dampfturbinen dargestellt.

Abb. ι zeigt das Schema des eingangs erwähnten Versuches, welcher zur vorliegenden Erfindung geführt hat.

Abb. 2 und 2a zeigen in Querschnitt und Vorderansicht das letzte Schaufelrad einer Turbine mit der Vorrichtung,

die Abb. 3 und 3a ebenfalls im Querschnitt und in Ansicht dasselbe Schaufelrad mit einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,

Abb. 4 einen Querschnitt durch eine Turbine mit radial austretendem Dampf in Verbindung mit der Vorrichtung.

Entsprechend Abb. 2 und 2a sind gegenüber dem Austritt der Schaufeln 9 des letzten Turbinenrades 8 eine bestimmte Anzahl ringförmiger Doppelwandungen 11, 12; 13, 14 angeordnet, die unter sich durch Rohre 15 verbunden sind und sämtlich durch die Ein- und Austrittsrohre 16 und 17 mit Wasser gespeist werden, dessen Temperatur wenig niedriger ist als die des Kondensators. Die Doppelwände 11, 12; 13, 14 sind durch Abstände getrennt, durch die der Dampf hindurchgeht und die im Querschnitt an beiden Enden sich erweitern.

Entsprechend den Abb. 3 und 3a erfolgt die Kühlung des Dampfes bei seinem Austritt aus den Schaufeln 9 durch den Hindurchtritt durch die Kanäle eines Zellenkühlers 18 mit Wasserumlauf. Selbstverständlich richtet sich die Anlage der Kühlkanäle für den Dampfaustritt nach dem aus den Schaufeln 9 austretenden Dampfstrom.

Das Kühlwasser kann durch eine flüchtige Flüssigkeit ersetzt werden. Bei mehrkörperigen Turbinen kann eine Dampfkühlvorrichtung am Austritt eines jeden der Turbinenkörper angeordnet werden. Die Temperatur des Kühlwassers jedes Turbinenkörpers wird entsprechend der Geschwindigkeit und dem Druck, den der Dampf bei seinem Eintritt in den nächsten Körper besitzen muß, gewählt.

In Abb. 4 ist eine Turbine mit radialem Dampfs.trom dargestellt. Bei diesen Turbinen benutzt man bekanntlich Räderpaare 19,

20, deren Schaufelreihen 21, 22 von der Achse zum Umfang verlaufen und übereinandergreifen, wobei der nahe der Welle eintretende Dampf an dem Umfang 23 austritt. Man 5 ordnet dort einen ringförmigen Austrittskanal 24 an, der zwischen zwei kegeligen Flächen 25, 26 eingeschlossen liegt, die von einem Doppelmantel überdeckt sind, welcher Kühlkammern 27, 28 für das Wasser bildet.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Wärmemaschinenanlage mit Dampferzeuger, Turbine und Kondensator und mit einem zwischen dem letzten Rad der Turbine und dem Kondensator angeordneten Abflußkanal, dessen Eintrittsquerschnitt dem Austrittsquerschnitt des letzten Rades entspricht und dessen aufeinanderfolgende Querschnitte Abmessungen aufweisen, die theoretisch der Umwandlung der kinetischen Energie des gesamten Dampfes in potentielle Energie entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Dampfkanals mittels Kühlkanälen auf eine wenig unter der Temperatur des Kondensators liegende Temperatur gekühlt wird, um jene Energieumwandlung zu ermöglichen, ohne daß zu diesem Zwecke die Länge des Kanals größer als dessen radiale Höhe zu sein braucht.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle durch konzentrische Zylinder mit nach Art von zylindrischen Düsen sich wenig erweiterndem Querschnitt und mit gekühlter Doppelwand gebildet sind.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle durch einen Zellenkühler gebildet sind.
4. 4. Anlage nach Anspruch 1 mit radial beaufschlagter Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlorgan eine Umfangskammer mit gekühlten doppelten Kegelwandungen ist, die im Schnitt nach Art einer sich verengenden Düse verläuft.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen