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" Procédé pour l'utilisation des chambres d'explosion, en parti- culier dans les turbines à combustion interne ".
On sait que le rendement thermique théorique d'un procédé d'explosion dépend de l'élévation de la tension de compression.
Dans les machines à piston qui travaillent d'après le procédé de l'explosion, le fait que la température finale de la compres- sion s'élève forcément avec la tension de compression, s'oppose cependant à l'accroissement voulu de la tension finale de la compression ou du rapport de compression; la température de com- pression se rapproche donc, par l'augmentation de la compression,
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/ de plus, en plus de la température d'imflammation du mélange à faire déone. Tandis que l'on s'efforçait d'utiliser des rap- ports élevés de compression, on devait d'autre part apporter à la détonation des mélanges proportionnellement pauvres, afin de maintenir une limite suffisante de sûreté entre la température de compression et la température d'inflammation.
Dourtant, la pression moyenne indiquée s'affaiblissait en augmentant la réduc- tion du mélange, de sorte que le rendement mécanique se trouvait également diminué. Comme le produit du rendement thermique théo- rique et du rendement mécanique est fvgal au rendement économique, quand on fait abstraction de l'autre facteur du degré de qualité, il en résultait une limite fixe dans laquelle le gain par l'élé- vation du rendement thermique était annulé par une perte dans le rendement mécanique.
On peut faire abstraction de la modification de qualité qui est sous la dépendance de la compression, parce que cette influence n'est qu'indirecte, et qu'une capacité insuf- fisante d'inflammation des mélanges peu comprimés peut être com- pensée par leur plus grande pureté et un allumage plus actif. rabaissement du rendement mécanique en proportion de l'éléva- tion du rendement thermique théorique est si important que le rendement économique s'abaisse à partir de rapports de compres- sion, qui sont approximativement de 8, de sorte que la compres sion économique maxima se trouve à environ 15 atm.
La présente invention est basée sur la connaissance spécia- le et nouvelle que dans le procédé d'opération des chambres d'ex- plosion telles qu'elles sont employées, en particulier, dans les turbines à combustion interne, il manque précisément la liaison qui, dans les machines à piston qui travaillent d'après le sys- tème de l'explosion, rend infructueux l'emploi des tensions de compression élevées au-dessus d'une certaine limite.
Tandis que dans les machines à piston une élévation de température est iné- vitablement jointe à une augmentation de compression, le mode de
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travail des chambres d'explosion suivant les principes de la pré- sente invention, permet un refroidissement de l'air de la charge, et par suite un abaissement ou, d'une manière générale, une in- fluence sur la température de l'air de la charge indépendamment - de la tension de la compression.
Par suite, l'invention se caractérise par un procédé de mar- che pour chambres d'explosion, en particulier pour turbines à com- bustion interne, par lequel tout l'air comprimé qui doit être in- troduit dans la chambre d'explosion pendant le chargement est re- froidi, avant son entrée dans la chambre d'explosion, sous la pression qui domine pendant l'inflammation. Suivant ce nouveau procédé, on peut ainsi employer de hautes tensions de compression sans que, comme dans les machines à combustion interne avec pis- tons, une limite soit prévue en raison de l'affaiblissement du rendement mécanique. De plus, la température de la combustion s'élève avec de la température finale de la compression.
Tandis que dans les moteurs à pistons, l'emploi des hautes tensions de compression est exclu parce que la température de combustion at- teint des degrés auxquels il ne se produit plus une combustion régulière maia une dissociation de combustibles qui provoque une combustion battante dangereuse, l'air de la charge peut, suivant cette invention et malgré l'emploi de hautes pressions de com- pression, être refroidi de telle sorte que les tempézatures de. combustion atteignent les degrés avantageux habituels. Enfin,la température de combustion est prédominante pour la vitesse de rayonnement avec laquelle les gaz s'échappent par les tuyèreset viennent battre la roue motrice.
De même que dans les moteurs à combustion interne à pistons, l'abaissement du rendement mécani- que empêche l'emploi des hautes tensions de compression, l'élé- vation des vitesses de rayonnement limitée en raison du rendement diminuant des tuyères et de la roue, empêcherait l'augmentation de tension de compression pour l'air de la charge des chambres
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d'explosion au-dessus d'une Quantité déterminée si, suivant l'in- vention on n'obtenait pas la possibilité,malgré les pressions éle- vées de compression, de maintenir les températures finales de com- pression et, avec elles,la température de combustion par le refroi- dissement de l'air de la charge à une hauteur à laquelle il ne se produit aucune augmentation inadmissible des vitesses de rayonne- ment.
Les dispositifs pour l'exécution du procédé peuvent être for- més de différentes manières,et ils se caractérisent par des re- @ froidisseurs d'une construction appropriée quelconque qui sont intercalés dans le trajet de l'air de la charge entre le compres- seur et la chambre d'explosion.
L'économie du procédé n'éprouve aucun changement quand la chaleur du refroidissement est rendue utilisable pour le procédé, par exemple, pour le réchauffement de l'eau d'alimentation qui doit être vaporisée par la chaleur de la turbine et introduite de nouveau dans le procédé.
Le dessin ci-joint montre , comme exemple, un mode d'exécu- tion pour la mise en pratique du nouveau procédé.
En 1 est indiquée la boite de la roue dans une installation de turbine à combustion interne. Les gaz de combustion qui sont produits dans les chambres d'explosion pendant l'opération sont conduits dans la botte des roues de la turbine et déchargés con- tre ces roues suivant un rythme donné. L'une de ces chambres d'ex- plosion est représentée en 2, par exemple. Suivant l'invention, tout l'air comprimé à introduire dans la chambre d'explosion pen- dant le chargement doit maintenant être refroidi, pen- dant son introduction dans la chambre, sous la pression qui règne pendant l'inflammation. L'air qui est aspiré par le conduit 4 dans le premier degré 3 du compresseur centrifuge est tout d'a- bord amené à la compression intermédiaire.
L'air dans cet état de compression est conduit par la canalisation 6 au deuxième de- gré 5 du compresseur où il est comprimé à la pression qui doit
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régner pendant l'inflammation, c'est-à-dire à la pression de char- ge. Suivant l'invention, l'air comprimé à la pression de charge n'est plus conduit maintenant directement à la soupape d'admis- sion d'air 7 de la chambre d'explosion, mais tout d'abord, par le tuyau 8, dans un refroidisseur à serpentin 9 dans lequel l'a- gent de réfrigération pénètre en 10 pour être déchargé en 11 après avoir été chauffé par la chaleur de compression retirée à l'air. L'air refroidi arrive ensuite,par le conduit 12,à la sou- pape d'admission d'air 7 de la chambre d'explosion 2.
Aussitôt que les derniers restes des gaz de la combustion ont été expulsés de la chambre d'explosion 2,la combustible y pénètre par le con- duit 13. Le mélange inflammable formé dans la chambre d'explosion 2 est enflammé au moyen du dispositif de bougie d'allumage 14.Les gaz surchauffés et à haute tension produits par l'explosion qui en résulte sont conduits,après l'ouverture de la soupape de l'aju- tage 15,dans la boîte pour actionner le système de roues.
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"Method for the use of explosion chambers, in particular in internal combustion turbines".
It is known that the theoretical thermal efficiency of an explosion process depends on the increase in the compressive stress.
In piston machines which work according to the explosion process, the fact that the final temperature of the compression necessarily rises with the compression tension, however, is opposed to the desired increase in the tension. final compression or compression ratio; the compression temperature therefore approaches, by increasing the compression,
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/ moreover, in addition to the ignition temperature of the mixture to be made deone. While efforts were made to use high compression ratios, proportionally lean mixtures had to be supplied to the detonation, in order to maintain a sufficient limit of safety between the compression temperature and the temperature. inflammation.
However, the indicated average pressure weakened as the reduction of the mixture increased, so that the mechanical efficiency was also decreased. Since the product of the theoretical thermal efficiency and the mechanical efficiency is equal to the economic efficiency, disregarding the other factor of the degree of quality, this resulted in a fixed limit in which the gain through the increase of the thermal efficiency was canceled out by a loss in mechanical efficiency.
We can disregard the change in quality which is dependent on compression, because this influence is only indirect, and insufficient ignition capacity of loosely compressed mixtures can be compensated for by their greater purity and more active ignition. lowering of the mechanical efficiency in proportion to the increase in the theoretical thermal efficiency is so important that the economic efficiency decreases from compression ratios, which are approximately 8, so that the maximum economic compression is found at about 15 atm.
The present invention is based on the special and new knowledge that in the process of operating the explosion chambers as employed, in particular, in internal combustion turbines, precisely the connection which is missing is required. , in piston machines which work according to the explosion system, makes the use of high compression stresses above a certain limit unsuccessful.
While in piston machines an increase in temperature is inevitably combined with an increase in compression, the mode of
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operation of the explosion chambers according to the principles of the present invention, allows cooling of the air in the charge, and consequently a lowering or, in general, an influence on the temperature of the charge. charge air regardless - compression tension.
Consequently, the invention is characterized by a working method for explosion chambers, in particular for internal combustion turbines, by which all the compressed air which is to be introduced into the explosion chamber during charging is cooled, before entering the explosion chamber, under the prevailing pressure during ignition. According to this new process, it is thus possible to use high compressive stresses without, as in internal combustion machines with pistons, a limit being provided for due to the reduction in mechanical efficiency. In addition, the temperature of the combustion rises with the final temperature of the compression.
While in reciprocating engines, the use of high compression stresses is excluded because the combustion temperature reaches degrees at which regular combustion no longer occurs, but fuels dissociation which causes dangerous beating combustion, the charge air can, according to this invention and despite the use of high compression pressures, be cooled so that the temperatures of. combustion reach the usual favorable degrees. Finally, the combustion temperature is predominant for the radiation speed with which the gases escape through the nozzles and beat the drive wheel.
As in internal combustion piston engines, the lowering of the mechanical efficiency prevents the use of high compressive stresses, the rise in radiation speeds limited by the decreasing efficiency of the nozzles and the pressure. wheel, would prevent the increase in compression tension for the air charging chambers
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explosion above a determined quantity if, according to the invention, the possibility, despite the high compression pressures, of maintaining the final compression temperatures and, with them, is not obtained. the combustion temperature by cooling the air in the charge to a height at which no unacceptable increase in radiation velocities occurs.
The devices for carrying out the process can be formed in different ways, and they are characterized by coolers of any suitable construction which are interposed in the air path of the charge between the compressor. seur and the explosion chamber.
The economics of the process do not experience any change when the heat of cooling is made usable for the process, for example, for reheating the feed water which is to be vaporized by the heat of the turbine and fed back into the process. the process.
The accompanying drawing shows, as an example, one embodiment for the practice of the new process.
At 1 is shown the wheel box in an internal combustion turbine installation. The combustion gases which are produced in the explosion chambers during the operation are conducted into the boot of the turbine wheels and discharged against these wheels at a given rate. One of these explosion chambers is shown at 2, for example. According to the invention, all the compressed air to be introduced into the explosion chamber during charging must now be cooled, during its introduction into the chamber, under the pressure which prevails during the ignition. The air which is drawn in through line 4 in the first stage 3 of the centrifugal compressor is first brought to intermediate compression.
The air in this state of compression is conducted through line 6 to the second stage 5 of the compressor where it is compressed to the pressure which should
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prevail during ignition, that is to say at the charging pressure. According to the invention, the air compressed at the charge pressure is no longer led directly to the air intake valve 7 of the explosion chamber, but first of all, through the pipe 8. , in a coil cooler 9 in which the refrigerant enters at 10 to be discharged at 11 after being heated by the heat of compression withdrawn into the air. The cooled air then arrives, through line 12, to the air intake valve 7 of the explosion chamber 2.
As soon as the last remains of the combustion gases have been expelled from the explosion chamber 2, the fuel enters it through the line 13. The flammable mixture formed in the explosion chamber 2 is ignited by means of the control device. spark plug 14. The superheated, high voltage gases produced by the resulting explosion are conducted, after opening the valve of the nozzle 15, into the box to operate the wheel system.