Verfahren zum Betriebe langgestreekter Verpuffungskammern, insbesondere für Brennla-afttiirbinen. Vorliegende Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zum Betrieb lauggestreckter Verpuffungskammern, insbesondere für Brennkraftturbinen, mit konischem Übergang zwischen dem Lufteinlassorgan und dem langgestreckten Mittelteil der Verpuffungs- kanimer. Derartige Verpuffungskammern haben die Eigenart,
dass sich die eingeführte Luft infolge Diffusorwirkung des konischen Übergangsstückes stetio, über die Kammer breite ausbreitet und sieh wie ein Kolben in der Kammer bewegt.
Durch die auf diese Weise erreichte Vermeidung, von Wirbeln bildet sich eine verhältnismässig ebene Trenn schicht zwischen der eindrinwenden Luit und den vor ihr befindlichen Restfeuercasen aus der vorheroehenden Verpuffung heraus,
so k# dass man es durch Abstimmun(y der Eröff- C nungs- und Sehlussphasen des Abschluss- el organes der Verpuffungskammer und des Lufteinlassorganes in der Hand hat,
die Er- f ällung der Verpuffungskammer zu einem bestimmten Zeitpunkt mit den den Feuergas- rest verdrängen-den Luft beliebig weit zu treiben und dadurch die Trennschicht zwi- sehen der Luft und dem Feuergasrest an be liebiger Stelle der Verpuffungskammer ein zustellen.
Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass die Verbrennung eines Gemisches umso vollkommen-er wird,<B>je</B> homo gener das Gemisch den Verbrennungsraum ausfüllt. Man hatte bei Verwendung von <U>Kammern,</U> die nicht langgestreckt waren und die keinen konischen Übergang auf wiesen, das Absehlussorgau der Verpuffungs- kammer stets verhältnismässig frühzeitig, jedenfalls' vor Öffnung des Brennstoffein- lassorganes geschlossen,
weil es sonst bei der unregelmässigen Verteilung der in die Verpuffungskammer eingetretenen Luft. mit dem Feuergasrest aus der vorhergehenden Verbrennung möglich gewesen wäre, dass sich Brennstoffteilchen an den Restfeuergasen eiitzündeten und eine wirkungslose Vorzün- dung bei noch geöffnetem Absehlussorgan herbeigeführt hätten.
Das Verfahren, das Abschlussorgan vor Eröffnung des Brenn- stoffeinlassorganes zu schliessen, vermied zwar diese Gefahr mit Sicherheit, führte aber nicht zu der als vorteilhaft erkannten Er füllung der Verpuffungskammer mit homo- genem Gemisch, weil das zur Brennstoff durchsetzung des Luftkissens vor dein Ab- sehlussorgan notwendige Druckgefälle fehlte.
Dieses Betriebsverfahren mit seinen Nach teilen hinsichtlich der Bildung eines homo genen Gemisches behielt man auch zunächst bei Verpuffungskammern mit konischem Übergang bei. Es bedurfte erst vorliegender Erfindung, um zu der Erkenntnis zu kom men, dass Verpuffungskammern mit koni schem Übergang die Möglichkeit zur Ände rung des Betriebsverfahrens und damit die Möglichkeit zur Sicherung einer homogenen Gemischbildung bieten.
Erfindungsgemäss zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass das Abschlussorgau der Verpuffungskammer bei a-eöffnetem Lufteinlassorgan und geöff netem Brennstoffeinlassorgan erst geschlos sen wird, nachdem es von der Trennschicht zwischen dem Feuergasrest der vorhergehen den Verpuffung und, der diesen verdrängen den Ladeluft nahezu erreicht worden ist.
Es ist zwar bereits vorgeschlagen wor den, das Abschlussorgan der Verpuffungs- kammer nochmals zu öffnen, nachdem bereits das Brennstoffeinlassergan eröffnet worden war, Die Du-relifü'hrun- dieses Varschlaues führte jedoch zur Anordnung besonderer Steuerungseinrichtungen am Abschlussorgan puff-ungskammer, so dass das Ver- der Ver fahren keine praktische Durchführung fand.
Es wurde bei Verwendung von Kammern, die nicht langgestreckt waren und keinen koni- sühen Übergang aufwiesen, auch schon vor geschlagen, das"Abschluss-organ auch noch bei Beginn des Brennstoffeinlasses offen zu hal ten;- jedoch wurde dieser Vorschlag aus drücklich als unvorteilhaft bezeichnet, weil keine Möglichkeit bestand, infolge der un regelmässigen Durclidringung der Ladeluft mit dem Feuergasrest die Gefahr des Ein- tretens gefährlicher Vorzündungen zu ver hindern.
Ebenso wenig bestand bei der Ver wendung solcher Kammern die Möglichkeit, das Abschlussorgan der Verpuffungskammer erst zu schliessen, nachdem es bereits völlig oder nahezu von der Ladeluft erreicht war, weil bei dieser weitreichenden Durclisetzung der Verpuffungskammer mit homogenem Ge misch längst -eine Vorzündung eingetreten wäre.
Erst durch Verwendung langgestreck- ter Verpuffungskammern mit konisellem Übergang zwischen dem Lufteinlassorgan und dem langgestreckten Mittelteil der Verpul'- fungskammer in Verbindung mit der oben gekennzeichneten neuen Steuerung der Kam merventile fallen diese Schwierickeiten fort, weil man es nunmehr in der Hand hat,
die Gefahr eines Zusammentreffens von Breinn- stoff- bezw. Gemischteilchen mit Feuergas- resten zu verhindern. Wird zunächst das Lufteinlassorgan und dann erst das Brenn- stoffeinlassergan geöffnet, so, dass der Feuer- gasrest durch reine Ladeluft. verdrängt wird, so entsteht- zwischen dem Feuergasrest und dem Gemisch eine Zone reiner Ladeluft,
die infolge ihrer kolbenartigen Ausbildung jede Möglichkeit eines Zusammentreffens zwi schen Feuergasrest und Gemisch ausschliesst. Da die naehdrängende Ladeluft auch bei bereits geschlossenem Abschlussorgan der Verpuffungskammer das Brennstoffluft- gemisch zum Feuergasrest hin vortreibt, wird vorteilhaft das Lufteinlassorgan ge schlossen, ehe das Brennstoffluftgemisch. den Feuergasrest erreicht hat.
In diesem Falle befindet sich bereits die Zündquelle, im Be- reieli des homogenen, die Kammer vollstän dig erfüllenden Gemisches, so dass die schnelle und sichere Entflammung --des Ge misches und seine vollkommene Verbrennung bei Durchführung dieses Verfahrens gewähr leistet ist. Die Brennstofizufulir kann dabei über den Schluss des Lufteinlassorganes hin weg fortdauern und mit Beginn der Ent- flaminuno- des in der Kammer befindlichen 11rennstoffluftgemisches beendet werden.
Auf -diese Weise ist neben der sicheren Entflam- iri.unn- und vollkommenen Verbrennuno- die <B>C3</B> k# grösstmögliche Füllung- der Kammer mit <B>k5</B> Brennstoffluftgewicht gewährleistet.
Die Zeichnung zeigt eine langgestreckte Verpuffungskammer mit konischem Über gang, wobei den einzelnen Figuren ver schiedene Ventilstellungen zugrunde gelegt worden sind. Anhand dieser Figuren wird im nachfolgenden ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert.
In sämtlichen Figuren bezeichnet<B>1</B> die lano, estreckte, in ihrem Mittelteil zylin- #g drisell ausgebildete Verpuff ungskammer. Die an den Enden der Verpuffungskammer lie genden Brennstoff- und Lufteinla.Borgane sind mit<B>2</B> bezw. # bezeichnet.
Das Luftein- lassorgan <B>3</B> ist mit dem langgestreakten Mit telteil der Verpuffungskammer <B>1</B> durch ein konisches Übergangsstück 4 verbunden. Ent- Olegenges,etzt zu den Brennstoff- und Luft- einlassorganen 2,<B>3</B> ist das Abschlussorgan <B>5</B> angeordnet, das den ebenfalls konisch aus laufenden Hals der Verpuffungskammer <B>1</B> vor der Düse<B>6</B> abschliesst.
Aus diesem Grunde wird das Abschlussorgan <B>5</B> im nach- fodgenden als Düsenventil bezeichnet. Im Hals<B>7</B> der Verpuffungskammer ist die Zündquelle <B>8</B> in Form einer Zündkerze an geordnet.
Das Betriebsverfahren der dargestellten Verpuffungskammer zur Erzielung sicherer Entflammung, vollkommener Verbrennung und grösster Füllung wird wie folgt ausge führt: Fig. <B>1</B> zeigt den Zustand der Verpuf- fungskammer kurz nach Eröffnung des Brennstoffventils 2.
Vorher hatte bereits das Ladeluftventil<B>3</B> geöffnet, so dass die über das konisehe Verbindungsstürk 4 kolben artig ein-dringende Ladeluft den Feuergasrest aus der vorhergehenden Verbrennung nahezu Über das geöffnete Düsenventil <B>5</B> verdrängt hat. Es bildet sich durch die Verdrängung eine ziemlich ausgeprägte Trennschicht zwischen Feuergasrest und der Zone reiner Ladeluft, die durch die Voreröffhung des Ladeluftventils<B>3</B> vor dem Brennstoffventil 2 gebildet wurde.
In Fig. <B>1</B> ist die Trenn- schicht zwischen Feuergasrest und naehdrän- gender Ladeluft bei<B>9-9</B> angedeutet.
Fig. <B>22</B> zeigt den Zustand der Verpuf- fungskammer in dem Zeitpunkt, in dem die Trennschicht<B>9-9</B> zwischen Feuergasrest und reiner Ladeluft das Düsenventil<B>5</B> nahezu erreicht- hat. In diesem Zeitpunkt wird das Düsenventil<B>5</B> bei offenen Ventilen 2 und<B>3</B> geschlossen. Einen geringen Feuer- gasrest nimmt man in Kauf, um einerseits eine Sicherheit gegen den Austritt der kost spieligen Ladeluft zu haben, anderseits aus Gründen, die hier nicht -von Belang sind.
Es wird nun bei geschlossenem Düsenventil <B>5</B> die Brennstoff- und Ladeluftzufuhr bis zu einem Zustand fortgesetzt, den Fig. <B>3</B> veranschaulicht.
Fig. <B>3</B> zeigt den Zustand, bei dem das Brennstoffluftgemisch gerade den Feuergas- rest erreicht, so,dass in diesem Zeitpunkt die Gefahr vorzeitiger Zündung auftritt.
Um ,diese Gefahr zu -vermeiden, wird das Luftein- lassorgan geschlossen, so dass sieh zwar die Zündquelle bereits im Bereich des die Kam mer erfüllenden, homogenen Gemisches be findet, ohne dass anderseits die unmittelbare Berühruno- zwischen Feuergasrest und Ge- inisch eingetreten ist.
Das Brennstoffventil 2 ist jedoch noch geöffnet, so dass: die Kam mer mit dem Gemisch höchster Lündfähig- keit erfüllt werden kann; gleichzeiti <B>g</B> ist hierdurcli grösste Füllung der Kammer mit Luft- und Brennstoffgewicht möglich.
Fig. 4 zeigt den Schluss der Brennstoff zufuhr mit Beoinn der Entflammung des in der Verpuffungskammer befindlichen Brennstofflufigemisches.
Unter dem Ausdruck Janggestreekte Verpuffungskammer" wer-den dabei alle Arten von Verpuffungskammern verstanden, deren Formgebung die Bildung kolbenartig vordringen-der Ladeluft ermöglicht, so dass die Restfeuergase aus der vorhergehenden Verbrennung ohne wesentliche Vermischung mit der Ladeluft ausgetrieben werden.
Es kann beispielsweise statt der dargestellten, langgestreckten, in ihrem Mittelteil zylin- ZD drischen Kammer eine in ihrem Mittelteil leicht kc>niselie oder kugelförmige oder sonst- wie geeignet.gelormte langgestreckte Verpuf- funo-Skammer benutzt wer-den, wobei aber immer zwischen dem Lufteinlassorgan und dem Ianggestreckten Mittelteil ein konischer Übergang vorhanden ist.
Process for the operation of elongated deflagration chambers, in particular for fuel cylinders. The present invention relates to a method for operating expanded deflagration chambers, in particular for internal combustion turbines, with a conical transition between the air inlet element and the elongated central part of the deflagration canisters. Such deflagration chambers have the peculiarity
that the introduced air, due to the diffuser effect of the conical transition piece, spreads steadily across the chamber and looks like a piston moves in the chamber.
Due to the avoidance of eddies achieved in this way, a relatively flat separating layer is formed between the penetrating Luit and the residual firecases in front of it from the preceding deflagration
so k # that you have it in your hand by tuning (y the opening and closing phases of the closing organ of the deflagration chamber and the air inlet organ,
to drive the filling of the deflagration chamber at a certain point in time with the air displacing the residual fire gas as far as desired and thereby set the separating layer between the air and the residual fire gas at any point in the deflagration chamber.
The invention is now based on the knowledge that the combustion of a mixture becomes all the more complete, the more homogeneously the mixture fills the combustion chamber. When using <U> chambers </U> which were not elongated and which did not have a conical transition, the discharge chamber of the deflagration chamber was always closed relatively early, at least before the fuel inlet element was opened,
because otherwise the irregular distribution of the air that has entered the deflagration chamber. With the residual fire gas from the previous combustion, it would have been possible for fuel particles to ignite on the residual fire gases and cause an ineffective pre-ignition with the shutoff organ still open.
The process of closing the closing element before opening the fuel inlet element certainly avoided this danger, but did not lead to the filling of the deflagration chamber with a homogeneous mixture, which was recognized as being advantageous, because the fuel penetration of the air cushion before it was removed. The necessary pressure gradient was missing.
This operating method with its after share in terms of the formation of a homogeneous mixture was initially retained in deflagration chambers with a conical transition. It took the present invention to come to the conclusion that deflagration chambers with a conical transition offer the possibility of changing the operating method and thus the possibility of ensuring a homogeneous mixture formation.
According to the invention, the method is characterized in that the closing organ of the deflagration chamber with a-eopened air inlet organ and open fuel inlet organ is only closed after it has almost been reached by the separating layer between the flue gas residue of the previous deflagration and the charge air that displaces it .
It has already been proposed to open the closing element of the deflagration chamber again after the fuel inlet element had already been opened. However, the Du-relifü'hrund this Varschlaues led to the arrangement of special control devices on the closing element puff-ungskammer so that the The process was not put into practice.
When using chambers that were not elongated and did not have a conical transition, it was already proposed to keep the "closing element open even at the beginning of the fuel inlet; - however, this proposal was expressly described as unfavorable because there was no possibility of preventing the risk of dangerous pre-ignitions from occurring due to the irregular penetration of the charge air with the residual flue gas.
When using such chambers, there was also no possibility of closing the closing element of the deflagration chamber after it had already been completely or almost completely reached by the charge air, because with this extensive penetration of the deflagration chamber with a homogeneous mixture, preignition would have long since occurred.
Only by using elongated deflagration chambers with a conical transition between the air inlet organ and the elongated central part of the pulverization chamber in connection with the new control of the chamber valves identified above do these difficulties disappear, because it is now in hand,
the danger of a collision of pulp or To prevent mixture particles with flue gas residues. If the air inlet element is opened first and only then the fuel inlet element, so that the residual combustion gas is replaced by pure charge air. is displaced, a zone of pure charge air is created between the residual fire gas and the mixture,
which, due to its piston-like design, excludes any possibility of a collision between residual flue gas and mixture. Since the approaching charge air advances the fuel-air mixture towards the flue gas residue even when the closing element of the deflagration chamber is already closed, the air inlet element is advantageously closed before the fuel-air mixture. has reached the remaining flue gas.
In this case, the ignition source is already located in the area of the homogeneous mixture that completely fills the chamber, so that rapid and reliable ignition of the mixture and its complete combustion is guaranteed when this process is carried out. The fuel supply can continue beyond the end of the air inlet element and be terminated with the start of the inflammation of the fuel-air mixture in the chamber.
In this way, in addition to the safe inflammation and perfect combustion, the <B> C3 </B> k # largest possible filling of the chamber with <B> k5 </B> fuel air weight is guaranteed.
The drawing shows an elongated deflagration chamber with a conical transition, with the individual figures being based on different valve positions. An exemplary embodiment of the method according to the invention is explained below with the aid of these figures.
In all of the figures, <B> 1 </B> denotes the lano, elongated deflagration chamber, which has a cylindrical, three-sided design in its central part. The fuel and air inlet organs located at the ends of the deflagration chamber are marked with <B> 2 </B> respectively. # designated.
The air inlet element <B> 3 </B> is connected to the elongated central part of the deflagration chamber <B> 1 </B> by a conical transition piece 4. Far from the fuel and air inlet organs 2, <B> 3 </B>, the closing element <B> 5 </B> is arranged, which also conically extends the neck of the deflagration chamber <B> 1 < / B> ends in front of nozzle <B> 6 </B>.
For this reason, the closing element <B> 5 </B> is referred to below as a nozzle valve. The ignition source <B> 8 </B> in the form of a spark plug is arranged in the neck <B> 7 </B> of the deflagration chamber.
The operating method of the illustrated deflagration chamber to achieve reliable ignition, complete combustion and maximum filling is carried out as follows: FIG. 1 shows the state of the deflagration chamber shortly after the fuel valve 2 is opened.
The charge air valve <B> 3 </B> had already opened beforehand, so that the charge air, which penetrated like a piston via the conical connecting door 4, almost displaced the residual combustion gas from the previous combustion via the open nozzle valve <B> 5 </B> . As a result of the displacement, a fairly pronounced separating layer is formed between the residual flue gas and the zone of pure charge air, which was formed by the pre-opening of the charge air valve 3 in front of the fuel valve 2.
In FIG. 1, the separating layer between the residual flue gas and the approaching charge air is indicated at <B> 9-9 </B>.
Fig. 22 shows the state of the deflagration chamber at the point in time when the separating layer <B> 9-9 </B> between the residual fire gas and pure charge air hits the nozzle valve <B> 5 </B> has almost reached. At this point in time, the nozzle valve <B> 5 </B> is closed with open valves 2 and <B> 3 </B>. A small amount of residual flue gas is accepted in order, on the one hand, to have security against the leakage of the expensive charge air, and on the other hand for reasons that are not relevant here.
With the nozzle valve <B> 5 </B> closed, the fuel and charge air supply is now continued up to a state illustrated in FIG. 3.
Fig. 3 shows the state in which the fuel-air mixture has just reached the residual flue gas, so that at this point in time there is a risk of premature ignition.
In order to avoid this danger, the air inlet element is closed so that the ignition source is already located in the area of the homogeneous mixture filling the chamber without, on the other hand, the direct contact between the residual flue gas and the mixture .
The fuel valve 2 is still open, however, so that: the chamber can be filled with the mixture of the highest ignition capacity; At the same time, the largest filling of the chamber with air and fuel weight is possible.
Fig. 4 shows the end of the fuel supply with the start of the ignition of the fuel / air mixture located in the deflagration chamber.
The expression “Janggestrechte deflagration chamber” is understood to mean all types of deflagration chambers, the shape of which enables charge air to penetrate in the manner of a piston, so that the residual fire gases from the previous combustion are expelled without significant mixing with the charge air.
For example, instead of the elongated chamber shown, cylindrical in its central part, a slightly narrow or spherical or otherwise suitably standardized elongated deflagration chamber may be used, but always between the Air inlet member and the elongated middle part a conical transition is present.