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Verfahren zum Betriebe zylindrisch gestreckter Verpuffungskammern, insbesondere für Brennkraft- turbinen.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betriebe zylindrisch gestreckter Verpuffungskammern, insbesondere für Brennkraftturbinen mit zur Verpuffungskammer einseitig liegenden Brennstoff-und Lufteinlassorganen sowie konischem Übergang zwischen dem Lufteinlassorgan und den zylindrischen Wandungen der Verpuffungskammer. Derartige Verpuffungskammern haben die Eigenart, dass sich die eingeführte Luft infolge Diffusorwirkung des konischen Übergangsstückes stetig über die Kammerbreite ausbreitet und eine kolbenartige Bewegung in der Kammer ausführt.
Durch die auf diese Weise erreichte Vermeidung von Wirbeln bildet sich eine verhältnismässig ebene Trennschicht zwischen der eindringenden Luft und dem vor ihr befindlichen Medium heraus, so dass man es durch Abstimmung der Eröffnungs-und Verschlussphasen der dieses Medium und die Luft steuernden Organe in der Hand hat, die Trennschicht an beliebiger Stelle der Verpuffungskammer einzustellen. Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass die Verbrennung eines Gemisches um so vollkommener wird, je homogener das Gemisch den Verbrennungsraum ausfüllt.
Anderseits war man bisher darauf angewiesen, das Abschlussorgan der Verpuffungskammer verhältnismässig frühzeitig und jedenfalls vor Eröffnung des Brennstoffeinlassorganes zu schliessen, weil es sonst bei der unreelmässigen Verteilung der in die Verpuffungskammer eintretenden Luft mit dem Feuergasrest aus der vorhergehenden Verbrennung möglich gewesen wäre, dass sich Brennstoffteilchen an den Restfeuergasen entzündeten und eine wirkungslose Vorzündung bei noch geöffnetem Abschlussorgan herbeigeführt hätten. Das Verfahren, das Abschlussorgan vor Eröffnung des Brennstoffeinlassorganes zu schliessen, vermied zwar diese Gefahr mit Sicherheit, führte aber nicht zu der als vorteilhaft erkannten Erfüllung der Verpuffungskammer mit homogenem Gemisch, weil das zur Brennstoffdurchsetzung des Luftkissens vor dem Abschlussorgan notwendige Druckgefälle fehlte.
Hier setzt vorliegende Erfindung ein.
Die Erfindung besteht darin, in den eingangs gekennzeichneten Verpuffungskammern das Abschlussorgan der Verpuffungskammer bei geöffnetem Luft-und Brennstoffeinlassorgan erst zu schliessen, nachdem es von der Trennschicht zwischen dem Feuergasrest der vorhergehenden Verpuffung nnd der diesen kolbenartig verdrängenden Ladeluft völlig oder nahezu völlig erreicht worden ist.
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, das Abschlussorgan der Verpuffungskammmer nochmals zu öffnen, nachdem bereits das Brennstoffeinlassorgan eröffnet worden war. Die Durchführung dieses Vorschlages führte jedoch zur Anordnung besonderer Steuerungseinrichtungen am Abschlussorgan der Verpuffungskammer, so dass das Verfahren keine praktische Durchführung fand. Es wurde auch schon vorgeschlagen, das Düsenventil auch noch bei Beginn des Brennstoffeinlasses offen zu halten ; jedoch wurde dieser Vorschlag ausdrücklich als unvorteilhaft bezeichnet, weil keine Möglichkeit bestand, infolge der unregelmässigen Durchdringung der Ladeluft mit dem Feuergasrest die Gefahr des Eintretens gefährlicher Vorzündungen zu verhindern.
Ebenso wenig bestand die Möglichkeit, das Abschlussorgan der Verpuffungskammer erst zu schliessen, nachdem es bereits völlig oder nahezu von der Trennschicht zwischen Feuergasrest und Ladeluft erreicht war, weil bei dieser weitreichenden Durchsetzung der Verpuffungskammer mit homogenem Gemisch mit den bekannten Mitteln längst eine Vorzündung eingetreten wäre.
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Durch Anwendung zylindrisch gestreckter Verpuffungskamrnern mit zur Kammer einseitig liegenden Brennstoff-und Lufteinlassorganen sowie konischem Übergang zwischen dem'Lufteinlass- organ und den zylindrischen Wandungen der Verpuffungskammer fallen diese Schwierigkeiten fort, weil man es in der Hand hat, die Gefahr eines Zusammentreffens von Brennstoff-bzw. Gemischteilchen mit Feuergasresten zu verhindern Wird zunächst das Lufteinlassorgan und dann erst das Brennstoffeinlassorgan geöffnet, so dass'der Feuergasrest durch eine Ladeluft verdrängt wird, so entsteht zwischen dem Feuergasrest'und dem Gemisch reine Zone reiner Ladeluft, die infolge ihrer kolbenartigen Ausbildung jede Möglichkeit eines Zusammentreffens zwischen Feuergasrest und Gemisch ausschliesst.
Da die nachdrängende Ladeluft auch bei bereits geschlossenem Abschlussorgan der Verpuffungskammer das Brennstoffluftgemisch zum Feuergasrest hin vortreibt, wird vorteilhaft das Lufteinlassorgan geschlossen, ehe das Brennstoffluftgemisch den Feuergasrest erreicht hat. In diesem Falle befindet sich bereits die Zündquelle im Bereich des homogenen, die Kammer vollständig erfüllenden Gemisches, so dass die schnelle und sichere Entflammung des Gemisches und seine vollkommene Verbrennung bei Durchführung dieses Verfahrens gewährleistet ist. Die Brennstoffzufuhr kann dabei über den Schluss des Lufteinlassorganes hinweg fortdauern und mit Beginn der Entflammung des in der Kammer befindlichen Brennstoffluftgemisches beendet werden.
Auf diese Weise ist neben der sicheren Entflammung, vollkommenen Verbrennung und grösstmögliche Füllung der Kammer mit Brennstoff- luftgewicht gewährleistet.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung die Abwicklung des neuen Verfahrens in-einer Holzwarthschen Verpuffungskammer.
In sämtlichen Figuren bezeichet 1 die zylindrisch gestreckte Verpuffungskammer. Die einseitig zur Verpuffungskammer liegenden Brennstoff-und Lufteinlassorgane sind mit 2 bzw. 3 bezeichnet. Das Lufteinlassorgan 3 ist mit den zylindrischen Wandungen der Verpuffungskammer 1 durch ein konisches Übergangsstück 4 verbunden. Entgegengesetzt zu den Brennstoff-und Lufteinlassorganen 2, 3 ist das Abschlussorgan 5 angeordnet, das den ebenfalls konisch auslaufenden Hals der Verpuffungskammer 1 vor der Düse 6 abschliesst. Aus diesem Grunde wird das Abschlussorgan im nachfolgenden als Düsenventil bezeichnet. Im Hals 7 der Verpuffungskammer ist die Zündquelle 8 in Form einer Zündkerze angeordnet.
Erfindungsgemäss wird das Betriebsverfahren einer derartigen Verpuffungskammer zur Erzielung sicherer Entflammung, vollkommener Verbrennung und grösster Füllung wie folgt gehandhabt.
Fig. 1 zeigt den Zustand der Verpuffungskammer kurz nach Eröffnung des Brennstoffventiles 2. Vorher hatte bereits das Ladeluftventil 3 geöffnet, so dass die über das konische Verbindungsstück 4 kolbenartig eindringende Ladeluft den Feuergasrest aus der vorhergehenden Verbrennung nahezu über das geöffnete Düsenventil 5 verdrängt hat. Es bildet sich durch die kolbenartige Veränderung eine ziemlich ausgeprägte Trennfläche zwischen Feuergasrest und der Zone reiner Ladeluft, die durch die Voreröffnung des Ladeluftventils vor dem Brennstoffventil gebildet wurde. In Fig. 1 ist die Trennschicht zwischen Feuergasrest und kolbenartig nachdrängender Ladeluft bei 9-9 angedeutet.
Fig. 2 zeigt den Zustand der Verpuffungskammer in dem Zeitpunkt, in dem die Trennschicht 9-9 zwischen Feuergasrest und reiner Ladeluft das Düsenventil nahezu erreicht hat.
In diesem Zeitpunkt wird das Düsenventil geschlossen. Einen geringen Feuergasrest nimmt man in Kauf, einerseits, um eine Sicherheit gegen den Austritt der kostspieligen Ladeluft einzuführen, anderseits aus Gründen, die hier nicht von Belang sind. Bei dieser Lage der Grenzschicht 9-9 ist die gesamte Kammer mit homogenem Gemisch erfüllt, so dass die weitere Eröffnung des Düsenventils zwecklos und nur von der Gefahr des Austrittes von Ladeluft aus der Kammer begleitet wäre. Von der homogenen Erfüllung der Kammer ist nur die Zone reiner Ladeluft ausgeschlossen. Erfindungsgemäss wird daher die Brennstoffzufuhr und auch die Luftzufuhr bis zu einem Zustand fortgesetzt, den die Fig. 3 zeigt.
Fig. 3 zeigt den Zustand, bei dem das Brennstoffluftgemisch gerade den Feuergasrest erreicht, so dass in diesem Zeitpunkt die Gefahr vorzeitiger Zündung auftritt. Um diese Gefahr zu vermeiden, wird das Lufteinlassorgan geschlossen, so dass sich zwar die Zündquelle bereits im Bereich des die Kammer erfüllenden, homogenen Gemisches befindet, ohne dass anderseits die unmittelbare Berührung zwischen Feuergasrest und Gemisch eingetreten ist. Das Brennstoffventil ist jedoch noch geöffnet, so dass die Kammer mit dem Gemisch höchster Zündfähigkeit erfüllt werden kann ; gleichzeitig ist hiedurch grösste Füllung der Kammer mit Luft-und Brennstoff-
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Fig. 4 zeigt den Schluss der Brennstoffzufuhr mit Beginn der Entflammung des in der Verpuffungskammer befindlichen Brennstoffluftgemisches. Die Verbrennung besitzt also noch den Charakter der Verpuffung, ohne dass dieser durch Fortsetzung der Brennstoffzufuhr gestört würde,
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Unter dem Ausdruck, zylindrisch gestreckte Verpuffungskamrnern"werden dabei alle Arten von Verpuffungskammern verstanden, deren Formgebung die Bildung kolbenartig vordringender Ladeluft ermöglicht, so dass die Restfeuergase aus der vorhergehenden Verbrennung ohne wesentliche Vermischung mit der Ladeluft ausgetrieben werden. Es kann beispielsweise statt einer langgestreckten, zylindrischen Form eine leicht konische oder kugelförmige oder irgendeine andere geeignete Form einer langgestreckten Kammer für die Verpuffungskammer benutzt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betriebe zylindrisch gestreckter Verpuffungskammern, insbesondere für Brennkraftturbinen, mit zur Verpuffungskammer einseitig liegenden Brennstoff-und Lufteinlass- organen sowie konischem Übergang zwischen dem Lufteinlassorgan und den zylindrischen Wandungen der Verpuffungskammer, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlussorgan der Verpuffungskammer bei geöffnetem Luft-und Brennstoffeinlassorganen erst geschlossen wird, nachdem es von der Trennschicht zwischen dem Feuergasrest der vorhergehenden Verpuffung und der diesen kolbenartig verdrängenden Ladeluft völlig oder nahezu völlig erreicht worden ist.