Flugkolbenmasehinenanlage. Die Erfindung bezieht sich auf eine Flug kolbenmaschinenanlage und ist dadurch ge kennzeichnet, dass ausser den Flugkolben auch noch Brennkraftkolben vorhanden sind, wel che über ein Schubstangengetriebe auf eine Kurbelwelle arbeiten und welchen die Ver brennungsluft durch mindestens einen durch einen Flugkolben angetriebenen Verdichter zugeführt wird.
Ein Flugkolben und ein seine Leistung auf ein Kurbelgetriebe übertragender Brenn- kraftkolben können gemeinsam in einem 7,y- linder arbeiten. Sie können dann in einem geraden Zylinder als gegenläufige Kolben ausgebildet sein oder in einem U-förmigen Zylinder parallel arbeiten. Bei andern Aus führungen können die Flugkolben in einer. von der mit einem Kurbelgetriebe arbeiten den Brennkraftkolbenmaschine getrennten Flugkolbenmaschine arbeiten.
Die Flug kolbenmaschine kann dann einen Verdich ter antreiben, der ausser der Flugkolben maschine auch der Kurbelbrennkraftmaschine die Verbrennungsluft zufördert. Die Flug- kolbenmaschinenanlage kann ausserdem noch eine Gasturbine aufweisen, die entweder von den Verbrennungsgasen -der Kurbelbrenn- kraftmaschine oder von den Verbrennungs gasen der Flugkolbenmaschine oder von den Verbrennungsgasen beider beäüfschlagt wird.
Schliesslich kann auch eine Regelvorrichtung vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Tem peratur der Verbrennungsgase unveränderlich gehalten ist.
Die Erfindung ist auf der Zeichnung anhand zweier vereinfacht gezeichneten Aus führungsbeispiele und einiger Kurven näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das erste Beispiel im Aeh- sialschnitt; Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Energie flusses; Fig. 3 enthält einige Kurven, aus wel chen die Betriebsverhältnisse der Maschinen anlage nach der Fig. 1 ersichtlich sind; schliesslich zeigt die Fig. 4 die Anwendung eines zweiten Bei spiels zum Antrieb eines Schiffes.
Je einer der beiden Paare gegenläufiger Kolben 10, 11 und 12, 13 (Fig. 1) treiben über das Gestänge 14, 15 und die Kurbel welle 16 den Stromerzeuger Gd. Die beiden andern Kolben treiben die Verdichterkolben 17 und 18. Die Verdichter fördern die zur Spülung und zur Verbrennung in den bei den Brennkraftzylindern erforderliche Luft. Die Verbrennungsgase beaufschlagen eine Turbine T, welche einen Stromerzeuger Gt antreibt.
Die Leistung der beiden Stromerzeuger ist ungefähr Bleichgross, weil der eine Strom erzeuger die Leistung der beiden Kolben 11 und 13 aufnimmt und der andere Strom erzeuger die Abgasleistung aller vier Brenn- kraftkolben zugeführt erhält.
Die beiden freifliegend arbeitenden Kol ben 10 und 12 sind untereinander durch ein hydraulisches Gestänge 19 verbunden; sie führen deshalb gegenläufige Bewegungen aus. Die Synchronisierung der beiden Kolben 10 und 12 mit den Kolben 11 und 13 erfolgt durch einen Hilfskolben 20, dessen Bewegung über ein Schubstangengetriebe von einer Kurbel der Welle 1,
6 bestimmt wird. Einer der Zylinderräume zu beiden Seiten des Kol bens 20 ist über das hydraulische Gestänge 21 mit dem Zylinderraum des Synchronisier kolbens des einen Flugkolbens 10@ und der andere der Zylinderräume über das 'hydrau lische Gestänge 22 mit dem Zylinderraum des Synchronisierkolbens des andern Flugkolbens 12 verbunden.
Damit führen nicht nur die beiden freifliegenden Kolben 10 und 12, son dern auch die in einem Brennkraftzylinder einander zugeordneten Kolben 10 und 11 bezw. 12 und 13 je zueinander gegenläufige Bewegungen aus.
Im Energiefluss=Schaubild (Fig. 2) wird eine bestimmte, mit<B>100%</B> bezeichnete Lei stung b in den Zylindern der Flugkolben maschine aus dem Brennstoff in nutzbare Arbeit umgewandelt. Dabei ist die durch die Zylinderwände in den Kühlmantel ab gehende Wärme schon abgezogen worden. Ausserdem wird durch die auf einen be stimmten Druck gespannte Verbrennungs- luft eine Leistung C zugeführt. Die Summe der Leistungen b -I- C wird dann in der Maschine aufgeteilt in die Leistung i, wel che den Kolben zugeführt wird, und in die Leistung g, welche durch die Abgase der Turbine zugeleitet wird.
Die Leistung i, welche den Kolben zu geleitet wird, zerfällt wiederum in .die Lei stung c des Verdichters, welche der Maschine in Form von hochgespannter Verbrennungs luft zurückgeleitet wird, und in die Lei stung d, welche an der Kurbelwelle der Ma schine entnommen wird. Verloren geht .da bei der Betrag Ve durch die Reibung der Verdichterkolben und ein Betrag Vk durch die Reibung der mit den Schubstangen und Kurbeln verbundenen Kolben.
Die Leistung g, welche durch die Ab gase der Flugkolbenmaschine entnommen wird, wird mit idem Betrag t der Turbine zugeleitet, während wiederum ein Verlust Vt in der Turbine selbst und durch die Abgase der Turbine entsteht.
Durch die Fig. 3 ist die Wirkung der neuen Maschinenanlage bei verschiedenen Treibgasdrücken dargestellt. Als Abszisse ist die Höhe der Aufladedrücke und als Ordi nate der Brennstoffverbrauch in gr/PSe. h bezw. die Nutzleistung in Kg cal/kg, welche auf die Einheit der angesaugten Luft er zeugt wird, aufgetragen. Die Kurve A stellt den Verlauf des Brennstoffverbrauehes, be zogen auf die elektrische Leistung an der Kurbelwelle und der Turbinenwelle, dar, wie er bei der vorliegenden Anlage erreicht wird.
Durch die Kurve A' ist der Brennstoff verbrauch bei bekannten Flugkolbenanlagen veranschaulicht. Beide Kurven sind für Voll- last aufgetragen. Aus dem Verlauf der bei den Kurven geht hervor, dass bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage - insbesondere bei niedrigen Auflade- bezw. Treibgasdrücken eine bedeutende Verbesserung des Brennstoff verbrauches erzielt wird.
Die Kurve B stellt für diese Anlage den Verlauf .der Energie ,dar, welche pro kg an gesaugter Luft als Nutzarbeit erzeugt wer den kann. Die Kurve B' veranschaulicht dann vergleichsweise den gleichen Verlauf bei den alten Flugkolbenanlagen. Bei der neuen Anlage wird der Durchsatz an Luft und Treibgas besser ausgenützt, was prak tisch dadurch zum Ausdruck kommt, dass die Maschine für eine gegebene Leistung und einen gegebenen Treibgasdruck bedeutend kleiner und leichter ausfällt als bekannte Maschinenanlagen dieser Art.
Fig. 4 zeigt vereinfacht ein zweites Aus führungsbeispiel in Anwendung auf eine Schiffsmaschinenanlage, bei dem mit 1 der Flugkolbenkompressor und mit 2 der Brenn- kraftzylinder des Treibgaserzeugers bezeich net ist. Der Treibgaserzeuger arbeitet mit Flugkolben, er kann aber auch mit gewöhn lichem Kurbelantrieb arbeiten.
Durch die Leitung 3 wird vom Verdichter 1 Luft an gesaugt und mit dem erhöhtem Druck durch die Leitung 4 fortgeleitet. Ein Teil der Druck luft wird der Flugkolben-Brennkraftmaschine 2 zugeführt, ein anderer Teil einer mit einem Kurbelgetriebe arbeitenden Brennkraftma- schine 5 zugeleitet. Die Leistung der Brenn- kraftmaschine 5 wird über eine Welle einer Propellerschraube 8 zugeleitet.
Die Abgase der Flugkolbenmaschine 2 und der Brennkraftmaschine 5 vereinigen sich in der Treibgasleitung 6 und beaufschlagen die Turbine 7, deren Leistung über eine zweite Welle der Propellerschraube 9 zu geführt wird.
An Stelle der Propeller 8 und 9 könnten auch Stromerzeuger treten oder ein Getriebe vorgesehen werden, welches die Leistung bei der Wellen vereinigt.
Die Regelung der der Brennkraftmaschine direkt entnommenen Leistung erfolgt mit Vorteil in der Weise, dass die Treibgastem- peratur innerhalb gewisser Grenzen unab hängig von der Belastung der gesamten An lage unveränderlich bleibt. Man erreicht da mit günstige Betriebsverhältnisse für die Turbine und für .die Treibgasleitungen, selbst bei Anlagen mit rasch und stark schwankender Belastung. Die Regelung der Anzapfleistung kann auch nach dem Ge sichtspunkt des besten Brennstoffverbrauches erfolgen, um bei Teillast eine Verbesserung zu erzielen.
Man sieht auch aus Fig. 3, dass bei der beschriebenen Anlage der Treibgas druck im Teillastgebiet ohne Erhöhung des Brennstoffverbrauches gesenkt werden kann, im Gegensatz zu den bisher bekannten An lagen, wo die Treibgas-drucksenkung eine bemerkenswerte Steigerung des Brennstoff verbrauches bewirkt. Die neue Anlage eignet sich daher besonders in Kombination mit Turbinen mit nicht reguliertem Eintritts- querschnitt.
Die mit einer Kurbelwelle arbeitende Brennkraftmaschine der Flugkolbenmaschi- nenanlage kann unveränderliche Verdich tungsräume aufweisen. In andern Fällen kann sie aber auch, insbesondere dann, wenn sie mit der Flugkolbenmaschine vereinigt ist, veränderliche Verdichtungsräume aufweisen.
Bei unveränderlichen Verdichtungsräumen wird die Anlage so betrieben, dass vor der Turbine ein unveränderlicher Druck herrscht und die mit einer Kurbelwelle arbeitende Brennkraftmaschine erst dann in Betrieb ge setzt wird, wenn der Druck der Spülluft die für den Betrieb genügende Höhe erreicht hat.