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Verpuffungsbrennkraftturbine, auf deren von den Verbrennungsgasen
absatzweise beaüfschlagtes Laufrad gleichzeitig aus der Turbinenabwärme erzeugter
Dampf geleitet wird. Vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei
Verpuffungsbrennkraftturbinen, deren von den Verbrennungsgasen über Ausdehnungsdüsen
getriebenes Laufrad gleichzeitig durch Dampf beaufschlagt wird, der hinter dem Laufrad
durch Fangdüsen aufgefangen wird und durch die Turbinenabwärme erzeugt wurde,, eine
erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades dadurch erzielt werden kann, daß man
sich den gesamten Arbeitsvorgang unter möglichst hohen Temperaturen und Drücken
abspielen läßt. Die Verbesserung des Wirkungsgrades beruht nicht nur auf der hierdurch
erreichten Vervollkommnung des Verbrennungsvorganges, sondern auch vor allem auf
dem Umstand, daß der Druck- und Temperaturzustand der Verbrennungsgase und Dämpfe
nach Verlassen der Verpuffungsbrennkraftturbine eine weitere Abarbeitung des Druck-
und Temperaturgefälles in der Verpuffungsbrennkraftturbine nachgeschalteten Turbinenstufen
im Dauerstrom ermöglicht.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß die in der Verpuff ungsbrennkraftturbine
teilweise entspannten Verbrennungsgase und Dämpfe nachgeschalteten Turbinenstufen
zur Beaufschlagung derselben im Dauerstrom und zur Arbeitsleistung unter weiterer
Dehnung zugeführt werden. Während der Wirkungsgrad der in der Verpuffungsbrennkraftturbine
angewandten Curtisbeschaufelung nur etwa 65 % beträgt, steigt er in der Parsonsbeschaufelung
der Dauerstromnachschaltturbinen auf etwa 85 °/o, so daß es zweckmäßig ist, einen
möglichst großen Teil der Ausdehnungsarbeit in die Dauerstromturbinen zu verlegen.
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Mehrstufige Anordnungen von Gas-Dampf-Turbinen sind zwar schon vorgeschlagen
worden. Bei diesen Anordnungen war jedoch entweder die Vorschaltturbine eine Gleichdruckturbine,
so daß dieselben Verhältnisse herrschten wie bei den ebenfalls an sich bekannten
mehrstufigen Dampfturbinen. oder die Eingangsstufe der Anlage wurde von einer Kolbenbrennkraftmaschine
gebildet, so daß lediglich hintereinandergeschaltete Abgasturbinen die Abgase der
Kolbenbrennkraftmaschine verarbeiteten. Diesen bekannten Anlagen gegenüber gewährt
vorliegende Erfindung Fortschritte durch die Verwendung betriebsfähiger Verpuffungsbrennkraftturbinen
mit hohem Wirkungsgrad der Gesamtanlage.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der so gekennzeichneten Turbine
ergibt sich, wenn die Verbrennungsgase nach Beaufschlagung
der Verpuffungsbrennkraftturbine
nur noch einer nachgeschalteten (Mitteldruck-) Turbineneinheit zugeleitet werden,
so daß die den Verbrennungsgasen nicht durch Arbeitsleistung in den Turbinen entzogene
Wärmeenergie zur Dampferzeugung herangezogen werden kann, während der Dampf erneut
aufgefangen und einer Niederdruckturbineneinheit zur Entspannung auf den Kondensatordruck
zugeführt wird.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens,
und zwar gibt Abb. i einen schematischen Längsschnitt durch eine im Gas- und Dampfteil
mehrstufige Verbundturbine wieder, bei welcher die Verbrennungsgase aus dem Auspuffbehälter
hinter der Verpuffungsbrennkraftturbine unmittelbar der Mitteldruckiurbine zuströmen.
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Abb.2 gibt einen senkrechten Querschnitt durch die Hochdruckturbine
gemäß Linie 2-2 der Abb. i wieder.
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Abb. 3 und 4 zeigen im schematischen Längsschnitt zwei andere Turbinenanordnungen,
deren Mitteldruckturbinen durch besondere Leitungen mit dem Auspuffbehälter verbunden
sind. Während nach der Anordnung der Abb. 3 die Erzeugung oder Überhitzung des Kühldampfes
durch Verbrennungsgase erfolgt, die bereits die Mitteldruckturbine durchströmt haben,
erfolgt die Erzeugung oder Überhitzung bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.4 durch
Verbrennungsgase, welche die Verpuffungsbrennturbine soeben verlassen haben.
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In Abb. i und 2 bezeichnet i die Brennkammer, i' das Düsenventil,
2 den Düsenraum, 3 das Laufrad der Hochdruckturbine, welches durch Verbrennungsgase
aus den Düsen 4 und Dampf aus den Düsen 9 angetrieben wird. Die Auspuffgase werden
in dem Gehäuse 5 gesammelt, während der Auspuffdampf in einem getrennten Sammler
io aufgefangen wird. Während des ganzen Arbeitslaufes ist dafür Sorge getragen,
daß Gase und Dämpfe getrennt bleiben. 6 ist die Mitteldruckturbine. Die Gase treten
in den ersten Düsenkranz aus dem Auspuffraum 5 ein. Die Dampfdüsen werden aus dem
Dampfsammler io gespeist. Der Auspuffdampf aus dieser Mitteldruckturbine geht durch
Rohr 12, 13 zur Niederdruckturbine 16 mit Kondensator 15. Die Auspuffgase der Mitteldruckturbine
gehen durch ein Rohr 7 in den Kessel 7', um Dampf zu erzeugen. Der erzeugte Dampf
wird dann durch das Rohr 8 zu den Düsen 9 der Hochdruckstufe geleitet.
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Ein Übelstand bei der von den heißen Gasen beaufschlagten Mitteldruckturbine
besteht in den starken Druckschwankungen, mit denen die Gase aus der Hochdruckturbine
austreten, da ja die Hochdruckturbine stoßweise beaufschlagt wird. Die Druckschwankungen
sind beim Beaufschlagen der Hochdruckturbine nicht zu vermeiden. Um die Druckschwankungen
in ihrer Wirkung auf die Mitteld'ruckturbine nach Möglichkeit abzuschwächen, werden
in den Strom der Gase zwischen dem Auslaß aus der Hochdruckturbine und dem Eintritt
in die Mitteldruckturbine Ausgleichräume eingeschaltet, in denen sich eine mittlere
Gasspannung einstellt. Bei den Anlagen nach den Abb. i und 3 findet dieser Ausgleich
in den Räumen 5 statt. Bei beiden Anlagen findet die Dampferzeugung hinter der Mitteldruckturbine
statt, und zwar bei Abb. i im Kessel 7' und bei Abb. 3 im Raum 14, letzterer ist
mit Wärmeschutzmasse umkleidet und enthält im freien Raum i4' die Rohrschlange 14".
Vorteilhaft ist es, diese Ausgleichsräume gleichzeitig für die Dampferzeugung aus
der Abwärme der Gase zu verwerten.
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Die Abb.4 zeigt eine derartige Ausführungsform, in welcher der Dampferzeugungsraum
14 zwischen Hochdruck- und Mitteldruckturbine gleichzeitig als Ausgleichsbehälter
dient. Durch die Dampferzeugung vor der Mitteldruckturbine wird die Temperatur der
die Mitteldruckturbine beaufschlagenden Gase vorher herabgezogen.
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Den eingebauten Rohren i4" kann sowohl Wasser wie auch Dampf zugeführt
werden. Im ersteren Falle dient Raum 14 als Dampfkessel, im zweiten als Überhitzer.
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Bei der praktischen Ausführung einer solchen Turbinenanlage ist es
wichtig, die bewegten Maschinenteile, welche von den hocherhitzten Gasen durchströmt
werden, genügend zu kühlen, wobei jedoch die Kühlung nicht so weit getrieben werden
darf, daß dadurch die Arbeitsfähigkeit der sich ausdehnenden Gase und Dämpfe beeinträchtigt,
sondern im Gegenteil deren Wärme beim Überleiten von einer zur anderen Arbeitsstelle
möglichst zusammengehalten wird.
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Demgemäß wird bei der Anordnung gemäß Abb. i eine gemeinsame Dampfkühlung
für die Auspuffkammer der Hochdruckturbine und die Mitteldruckturbine verwendet
und andererseits der aus der Hochdruckturbine ausströmende Dampf durch die Ausströrngase
noch überhitzt. Auspuffkammer und Mitteldruckturbine sind mit einem Dampfmantel
i i versehen, für welchen der Dampf vorteilhaft als Frischdampf aus dem Kessel 7'
entnommen wird. Der Kühldampf kann sodann in der Turbine weiter verwertet werden.
Natürlich kann statt dessen auch Wasser unter Druck oder, wenn; dessen Temperatur
zu hoch werden würde, COl mit hohem Siedepunkt genommen werden.