Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens In der Erkenntnis, dass der Wirkungsgrad von Verpuffungsbrennkraftturbinenanlagen, wie sie insbesondere als Feuergase durch Ver puffungen herstellende Treibgaserzeuger mit Abarbeitung von Feu ergasgefälle in Düsen und Beschaufelungen Verwendung finden, gegenüber früheren Vorschlägen und Aus führungen wesentlich erhöht werden kann, sind bereits Vorschläge gemacht worden, mit deren Hilfe es gelingt, die Gefälleschwankun gen in den Beschaufelungen dieser Treibgas erzeuger zu verkleinern.
Das ist grundsätzlich dadurch erreicht worden, dass der hinter einer Beschaufelung auftretende Gegendruck, in Feuergasrichtung gesehen, während der Deh nung der Feuergase in der Beschaufelung mit zu dieser Expansion gleichartiger Cha rakteristik abgesenkt wird. Zur Erzeugung dieser Absenkung des Gegendruckes stehen dabei verschiedene Massnahmen zur Ver fügung.
Vor allem hat man vorgeschlagen, den ge wollten Gegendruck erzeugende Gase während der Dehnung der Feuergase in der vorge ordneten Besehaufelung in Räumen hinter der letzteren ebenfalls zur Expansion zu brin gen. Anderseits besteht die Möglichkeit, den Abflussquerschnitt der die Beschaufelung ver lassenden Feuergase im Verhältnis zu dem Querschnitt der die Beschaufelung beauf schlagenden Düsen während der Zeitspanne der Feuergasdehnung so zu verändern, dass der sich einstellende Gegendruck gleichartig zur Dehnung der Feuergase in der Beschaufe- lung verläuft.
Vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es derartiger, verhältnis mässig verwickelter und betrieblich zu Schwie rigkeiten führender Steuerungseinrichtungen nicht bedarf. Das vorgeschlagene Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger mit Abarbei- tung von Feuergasgefälle in Düsen und Be- schaufelungen kennzeichnet sieh erfindungs gemäss dadurch, dass die eine Beschaufelung verlassenden Feuergase einem Auffüllraum unveränderlichen Rauminhaltes zugeführt werden,
dessen als Gegendruck zur vorgeord neten Beschaufelung zur Wirkung gebrachter Innendruck während der Dehnung der Feuer gase in dieser vorgeordneten Beschaufelung abgesenkt wird.
Die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung kennzeichnet sich durch Anordnung einer Auffüllkammer unveränder lichen RauminhaTtes hinter einer Beschaufe- lung in Verbindung mit Mitteln zur Herstel lung eines während der Dehnung der Feuer gase in der vorgeordneten Beschaufelung ab gesenkten Innendruckes in dieser Auffüll- kammer. Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbei spiel der erfindungsgemässen Vorrichtung einen Treibgaserzeuger,
der eine zweistufige Verpuffungsbrennkraftturbine lund vier Ver puffungskammern enthält; der Treibgaserzeu- ger wird mit flüssigen Brennstoffen betrieben.
Nachfolgend wird auch im Zusammenhang mit den Figuren das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise erläutert: Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht auf den Treibgaserzeuger mit einem teilweisen, nach Linie I-I der Fig. 2 verlaufenden Längs schnitt durch eine Verpuffungskammer, in schematischer Darstellung.
Fig. 2 gibt einen senkrechten Querschnitt durch den Treibgaserzeuger wieder, der nach Linie 2-2 der Fig. 1 verläuft.
Fig. 3 stellt in vergrösserter Darstellung einen peripheren, nach den Linien IH-III der Fig. 1 und 2 verlaufenden Schnitt dar, abgewickelt in die Zeichnungsebene, während Fig. 4 eine abweichende Ausführung möglichkeit in der Schnittdarstellung der Fig. 3 wiedergibt.
Fig. 5 zeigt in derselben Darstellung eine andere Ausführungsmöglichkeit.
Fig. 6 gibt das Druck - Zeit - Diagramm einer der Verpuffungskammern des Treibgas erzeugers nach Fig. 2 wieder, während Fig. 7 schliesslicli ein Q - V - Diagramm des Treibgaserzeugers nach den Fig. 1-3 dar stellt.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnen 1, 2, 3, 4 die Verpuffungskammern, wobei die Ver puffungskammer 4 in Fig. 1 im Längsschnitt, Kammer 3 in Ansieht gezeichnet ist. Jede Ver puffungskammer ist mit einem Ladeluft einlassventil 5 versehen, dessen schematisch angedeutete Ausbildung am linken Ende der Verpuffungskammer 4 zu erkennen ist. In das Ladeluftventil eingeballt ist ein Brennstoff- einspritzventil, zu dem eine Brennstoffleitung 6 führt, die ihrerseits an eine nichtgezeichnete Brennstoffpumpe üblicher Ausbildung ange schlossen ist. Ausserdem ist die Verpuffungs kammer mit Zündeinrichtungen bekannter Art versehen.
Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, be sitzt jede Verpuffungskammer eine Reihe von zur Entlassung von Feuergasen zu bestimm ten Zeitpunkten dienenden Organen, Düsen- und Auslassventile genannt, die auf ihrer Längserstreckung verteilt angeordnet sind. Vorhanden ist zunächst je ein Düsenventil 7 für höchstgespannte Feuergasteilmengen, die bei Eröffnung der Düsenventile über die Düsenvorräume 8 zu den Düsen I entlas sen werden. Die über die Düsen I zugeführ ten, höchstgespannten Feuergasteilmengen dienen zur Beaufschlagung der Beschaufe- lung Ia, die auf dem ersten Rad 9 des Turbinenläufers 10 angeordnet ist.
Auffang düsen 11 vermögen die im ersten Turbinen rad Ia, 9 teilweise entspannten, ursprüng lich höchstgespannt gewesenen Feuergasteil mengen aufzunehmen. An die Auffangdüsen 11 schliesst sich die Auffüllkammer 12 an, die an ihrem zu den Auffangdüsen 11 entgegen gesetzt liegenden Ende in eine weitere Düse 13 übergeht, die der Beschaufelung IIa des zweiten Rades 14 des Läufers 10 zugeordnet ist. Der Läufer 10 läuft in dem Turbinen gehäuse 15 um. Die mechanische Energie des Läufers 10 wird über eine Kupplung 16 auf eine leistungsaufnehmende Maschine 17 über tragen, die beispielsweise als Verdichter zur Verdichtung von Betriebsmitteln, insbesondere der Ladeluft, ausgebildet sein kann.
Ausser den Düsenventilen 7, die zur Beauf- schlagung der Düsen I dienen, sind weitere Düsenventile 18 zur Entlassung niedrigerge spannter Feuergasteilmengen aus den Ver puffungskammern 1 bis 4 vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel stehen die Räume <B>19,</B> 20, die in Feuergasrichtimg hinter den Ventilsitzen der Düsenventile 18 liegen, mit der Auffüllkammer 12 in unmittelbarer Ver bindung.
Mit 19 sind dabei Leitungen bezeich net, die die niedrigergespannten Feuergasteil- mengen aus einer Gruppe je zweier nebenein- anderliegender Düsenventile 18 aufnehmen. Teile einer solchen Gruppenleitung 19 sind in Fig. 2 linke Hälfte für die Düsenventile 18 der beiden Verpuffungskammern 1 und 2 er kennbar.
Die Gruppenleitung 19 führt diese Feuergasteilmengen geringerer Spannung über den an die Leitung 19 angeschlossenen Sam- melkrümmer 20 der Auffüllkammer 12 zu. Eine entsprechende Gruppenleitung 19 ist für die Verpuffungskammergruppe 3, 4 vorhan den, aber aus der Zeichnung nicht ersichtlich, da die Fig. 2 rechte Hälfte den Schnitt durch die Düsenventile 7 und die ihr zugeordneten Teile der ersten Turbinenstufe wiedergibt.
Zur Entlassung der niedrigstgespannten Feuergasteilmengen sind gesteuerte Auslass ventile 21 vorgesehen, die gleichwie die Düsen ventile 7 und 18 ausgebildet sind und lediglich grössere Feuergasdurchlassquerschnitte be sitzen. Diese niedrigstgespannten Feuergasteil mengen sind Restfeuergase, die entsprechend dem gewählten Ladeverfahren durch Ladeluft aus den Verpuffungskammern verdrängt wer den, sobald die Ladeluftventile 5 eröffnet werden.
Die über die Auslassventile 21 aus den Verpuffungskammern verdrängten Feuergase strömen dem Ausströmraum 22 zu. Die Aus- strömgase, die somit etwa unter einer dem Ladeluftdruck entsprechenden Spannung stehen, werden als Treibgase über die Treib gasleitung 23 abgeführt und der weiteren Ver wendung zugeführt.
Die Düse 13, die somit der Beschaufelung der zweiten Turbinenstufe vorgeordnet ist, führt dieser Feuergase aus zwei verschiedenen Quellen zu. Denn sie verarbeitet zunächst die Feuergase, die als höchstgespannte Feuergas teilmenge aus den Verpuffungskammern über die Düsenventile 7 entlassen und in der ersten Turbinenstufe I, Ia, 9 teilweise abgearbeitet worden sind. Sie verarbeitet aber auch Feuer gase, die über die Düsenventile 18 aus den Verpuffungskammern als niedrigergespannte Feuergasteilmenge unmittelbar über die Lei tung 19, 20 in die Auffüllkammer, 12 ent lassen worden sind.
Fig. 3 lässt diese Verhältnisse genauer er kennen. In ihr sind zunächst die Düsenventile 7 zu erkennen, wobei die Bezeichnungen der Verpuffungskammern, zu denen sie gehören, als in Klammer gesetzte Indices angegeben sind. Man erkennt die entsprechenden Düsen- vorräume 8 der Düsen I. Man erkennt also, dass jeder Verpuffungskammer eine Einzel düse I zugeordnet ist. Die Düsenvorräume 8 und entsprechend die Düsen I könnten aber auch gruppenweise oder ihrer Gesamtheit nach vereinigt sein.
Mitbestimmend für die Wahl der einen oder andern Anordnung ist das jeweils ge wählte Arbeitsverfahren, dessen Einflüsse vor allem auf die Düse II noch im einzelnen zu erörtern sein werden.
Zu . erkennen in Fig. 3 ist weiter der Rad kammerraum 24 der ersten Turbinenstufe, in welchem das Turbinenrad 9 läuft.
Im Gegensatz zu den Einzeldüsen I ist für das Auffangen der aus der Besehaufelung Ia abströmenden Gase eine gruppenweise Zusam menfassung angewendet worden. Es sind näm lich zwei Auffanggruppendüsen 11(1,2) und 11(3,4) vorgesehen worden, wobei Auffangdüsen 11(1,2) den Düsen I(1) und h2), während Auf fangdüsen 11(3,4) den Düsen I(3) und I(4) zu geordnet worden ist. Beide Auffanggruppen düsen arbeiten aber auf eine einzige Auf füll kammer 12, die an ihrem zu den Auffang düsen 11 entgegengesetzt liegenden Ende in eine Düse II übergeht.
Die damit verwirk lichte, einzige Auffüllkammer steht über An schlüsse 20 mit den Räumen 19(1,2) und 19(3,4) in Verbindung, wobei Raum 19(1,2) als Grup penleitung für die niedrigergespannte Feuer gasteilmenge ausgebildet ist, die über die Düsenventile 18(1) und 18(2) entlassen wird, während der Raum 19(3,4) als Gruppenleitung für die niedrigergespannte Feuergasteilmenge ausgebildet ist, die über die Düsenventile 18(3) und 18(4) entlassen wird.
Die Düse II mit ihrem engsten Querschnitt 25 verarbeitet somit wohl die Feuergasteilmen gen, die in der Turbinenstufe I, Ia, 9 teilweise entspannt worden sind, als auch die von vorn herein niedrigergespannten Feuergasteilmen#, gen, die über die Düsenventile 18<B>(</B>1<B>)</B>, 18(2), 18 (3), 18 (4), der Auffüllkammer 12 zugeleitet werden.
An die Düse II schliesst sich, in Feuergas- richtimg gesehen., der Radliammerraiun 26 des zweiten Turbinenrades IIa, 14 an. Nach- dem die über die Düse II zur Beaufsehlagung gebrachten Feuergase weitere Arbeit in dieser Turbinenstufe geleistet haben, strömen sie über eine Fangdüse 27 dem Ausströmraum 22 zu, in den die Auslassventile 21 einmünden und bei ihrer Eröffnung den Feuergasrest entlassen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Düsen I in derselben Weise ausge bildet wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Auch die Auffangdüsen 1 l (1,2) und 11(3,4) unterscheiden sich nicht von denjenigen der Fig. 3. Das gilt schliesslich auch für die Auffüllkammer 12. Dagegen gilt das Gesagte nicht mehr für die Zuführung der über die Düsenventile 18(1), 18(2), 18(3) und 18(4) ent lassenen, niedrigergespannten Feuergasteil mengen, die abweichend von dem Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 3 über Einzeldüsen, und zwar über Düsen 28(1) , 28 (2), 28(3) und 28(4) unmittelbar dem Radkammerraum 26 des zweiten Turbinenrades Ha, 14 (Fig. 1) zuge führt werden.
Dadurch erfolgt die bewusst herbeigeführte Absenkung des Druckes dieser nied rigerge- spannten Feuergasteilmenge nicht mehr, wie nach Fig. 3, unmittelbar in der Auffüllkam mer 12 zur Erzeugung eines bestimmten, als Gegendruck für die vorgeschaltete Stufe zur Wirkung kommenden Innendruckes, sondern diese Absenkung wird nunmehr unmittelbar in dem Radkammerraum 26 vorgenommen, kommt aber, über die ständig offene Verbin dung der Düse II zwischen den Räumen 12 und 26, in der Auffüllkammer 12 in gleicher Weise zur Geltung; mit andern Worten, die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das einer zweiten Variante entspricht.
Man kann auch leicht eine zeichnerisch nicht veranschaulichte dritte Möglichkeit, nämlich die gemeinsame Durchführung beider Varianten verwirklichen, indem man einen Teil der Feuergaszuführun gen 29(1), 29(2), 29(3), 29(4) zu den Düsen 28(1), 28 (2) , 28(3), 28(4) in der in Fig. 3 für Gruppen leitungen 19(1,2), 19(3,4) geschilderten Art und Weise in die Auffüllkammer 12, einen andern Teil in die Radkämmer 26 einmünden lässt. In diesem Falle übernimmt die Düse II nur noch die Verarbeitung des Teils der Feuer gase, die unmittelbar in die Auffüllkammer 12 gelangt sind.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist für die Düsen I der Düsenventile 7 eine gruppenweise Zusammenfassung vorgenom men worden; es wird mit zwei Gruppendüsen I(1,2) und I(3,4) gearbeitet.
Eine weitere gruppenweise Zusammenfas sung ist bei den Düsenventilen 18 vorgenom men worden; demgemäss sind zwei Gruppen von Zuführungsleitungen 29(1,2) und 29(3,4) sowie von Düsen 28(1,2) und 28(3,4) vorhanden. Dagegen ist die gemeinsame Auf füllkammer 12 mit zwei Auffanggruppen 11(1,2) und 11(3,4) aus den Fig. 3 und 4 beibehalten worden. Eine Änderung ist nur insofern eingetreten, als man durch Einbau einer Leitwand 30 die Düse II in zwei Düsen II' und II" auf geteilt hat. In der gleichen Weise hätte die Düse II nach den Fig. 3 und 4 aufgeteilt sein können; oder die Düsen II', II'' der Fig. 5 können durch eine Düse II nach den Fig. 3 und 4 ersetzt sein.
Die Wahl der einen oder andern der be schriebenen Varianten beeinflusst natürlieh die Arbeitsweise des Treibgaserzeugers. Darauf wird im folgenden eingegangen.
Fig. 6 zeigt, das Druck-Zeit-Diagramm einer der Verpuffungskammern 1 bis 4, die in Fig. 2 des Ausführungsbeispiels dargestellt sind. Man erkennt zunächst im Diagramm den auftretenden höchsten Verpuffungsdruck p1., der auf einer im 0-Punkt des Koordinaten systems errichteten Ordinate als Punkt A erscheint.
Ordnet man das Diagramm der Fig. 6 beispielsweise der in Fig. 1 im Schnitt gezeichneten Verpuffungskammer 4 zu, so würde sich das Düsenventil 7(4) im Punkt A öffnen. Es wird also höchstgespanntes Feuer gas entlassen, aber nur als Feuergasteilmenge, weil sich das Düsenventil 7 (4) bereits im Punkt B der Expansionslinie dieser Verpuffungs- kammer 4 wieder schliesst.
In diesem Punkte öffnet sich dagegen das Düsenventil 18(4) -und entlässt aus derselben Verpuffungskam- mer 4 Feuergase, die bereits niedrigergespannt sind, nämlich einen Druck p2 besitzen, der erheblich geringer ist als der Druck p1; auch die über das Düsenventil 18(4) entlassenen Feuergase werden nur als Teilmenge der in der Verpuffungskammer 4 insgesamt erzeug ten Feuergase entlassen, weil das Düsenventil 18(4) im Zeitpunkt C schliesst.
Die Expansion der noch in der Verpuffungskammer 4 befind lichen Feuergase ist inzwischen so weit vor geschritten, dass die Feuergase in ihr nur noch die Spannung p0, das heisst die Ladeluftspan nung besitzen. Im Punkte C, öffnet sich das Ladelufteinlassventil 5(4) und gleichzeitig das Auslassventil 21(4). Dadurch schiebt die unter der Ladeluftspannung stehende Ladeluft die Feuergasrestmenge aus, die sich in diesem Zeitpunkt C noch in der Kammer 4 befindet.
Diese sogenannte Restfeuergas teilmenge wird dabei während der Zeitspanne C-E von der Ladeluft verdrängt, weil sich im Zeitpunkt E die Ventile 5(4) und 21(4) schliessen; bereits während der Zeitspanne D hat aber die Brenn stoffpumpe über die Brennstoffzuführungs leitung 6(4) Brennstoff in die noch in Bewe gung befindliche, durch venturidüsenartige Gestaltung des Einlasses der Verpuffungs kammern (vergl. Fig. 1) kolbenartig vordrin gende und hierbei die Restfeuergasteilmenge ausschiebende Ladeluftsäule eingespritzt. Man nennt diese Art der Aufladung wegen des während der Brennstoffeinführung offenen Zustandes der beteiligten Ventile 5(4) und 21 (41 offene Aufladumg .
Diese Art der Aufladung hat den Vorteil, zu besonders gut durch mischten Brennstoffluftelementen und damit zu einer homogenen, hochzündfähigen Ladung sowie zu einer brisanten Explosion mit steilem Verlauf der Verpuffungslinie 36 zu führen; die Zündung erfolgte dabei im Punkte E.
Während die aus der Verpuffungskammer 4 im Zeitpunkt 0 bzw. A entlassene, höchst gespannte Feuergasteilmenge in der ersten Stufe I, Ia, 9 einer durch den Linienzug A-B gekennzeichneten Teilexpansion unterworfen wird, läuft in einer andern der vier Ver puffungskammern 1 bis 4, beispielsweise in der Kammer 3, ein Arbeitsspielabschnitt ent sprechend dem Linienzug B-C ab.
Dabei ist das Arbeitsspiel in dieser Kammer gegenüber dem der Fig. 6 für die Kammer 4 zeitlich so versetzt, dass der Punkt B des dieser Ver puffungskammer 3 zugeordneten, nicht ge zeichneten Diagrammen bereits erreicht ist, wenn im Diagramm der Fig. 6 der Punkt 0 der Zeitlinie der Abszissenachse erreicht ist, mit andern Worten, das der Verpuffungskam- mer 3 unterstellte Arbeitsspiel eilt dem der Fig. 6 um den Zeitabstand der Punkte A -B voraus. Demgemäss öffnet sich das Düsen ventil 18(s) (siehe Fig. 3) in dem Zeitpunkt 0 des Diagrammen der Fig. 6 und eine niedriger gespannte Feuergasteilmenge, nämlich eine Feuergasteilmenge vom Drucke p2 wird in die Auffüllkammer 12 entlassen.
Da das Düsenventil 18(s) dabei während einer Zeitspanne offen ist, die dem Zeitabstand B-C des Diagrammen der Fig. 6 entspricht, wird diese niedrigergespannte Feuergasteil- menge einer Expansion unterworfen, die nach dem Diagramm der Fig. 6 im Punkte 31 ge mäss der punktiert gezeichneten Linie beginnt und bei 32 endet, entsprechend dem Zeitpunkt C der Fig. 6, dem der Zeitpunkt 32 wieder um das Zeitmass A -B versetzt vorauseilt.
Mit dem Linienzug 31, 32 stimmt die strichpunktiert gezeichnete Linie 42 des Innen- druckverlaufes in der Auffüllkammer 12 bis auf die Abweichungen im Bereiche der Auf füllphase 33 der Auffül4kammer 12 überein;
da diese Linie 42 des in der Auffüllkammer 12 auftretenden Innendruckes nichts anderes darstellt wie den Verlauf des hinter der Be- schaufelung Ia auftretenden Gegendruckes, so tritt im Bereiche 34 bis 32 ein gleichartiger Verlauf des, Linienzuges 42 zur Expansions linie A -B auf. Das bedeutet, dass in der ersten Stufe I, I4, 9 die Gefälileschwankungen bedeutend kleiner werden als bisher.
Die im Bereiche 33 auftretenden Schwankungen lie gen innerhalb der zulässigen Toleranz von 450/9 des optimalen Gefälles für einkränzige Räder, wobei die grössten Schwankungen nach oben 30 % und nach unten 15 % bekanntlich nicht überschreiten sollen.
Erreicht worden ist dieses günstige Ergeb nis durch die Vereinigung zweier Massnahmen, nämlich zunächst durch die verhältnismässig kleine Ausbildung der Auffüllkammer 12, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 3 gut zu erkennen ist. Zu dieser Kleinheit der Auffüllkammer kommt man, wenn man einer seits die Auffangdüsen 11(1) und 11(2) zu einer gemeinsamen Gruppenauffangdüse 11(1,2) und ebenso die beiden folgenden Auffangdüsen zu einer Gruppenauffangdüse 11(3,4) zusam menfasst und wenn man anderseits eine einzige Düse II für die Erfassung aller Feuergase vorsieht, die die Beschaufelung Ha des zwei ten Rades durchströmen.
Dadurch gelingt es, die Aufüllkammer 12 ohne Störungen des Turbinenaufbaues zwischen den Rädern 9 und 14 innerhalb des Turbinengehäuses 15 völlig unterzubringen und ihren Rauminhalt so zu bestimmen, dass letzterer höchstens gleich ist einem Zehntel des Rauminhaltes aller Ver puffungskammern 1 bis 4, die auf diese Auf füllkammer 12 in cy clischer Versetzung der Arbeitsspiele arbeiten. Dieser geringe Raum inhalt hat ausser dem Vorteil der günstigen Beeinflussung der Auffüllphase die Auswir kung kleiner Kammeraussenfläehen, so dass die Wärmeübergänge an denselben entsprechend gering ausfallen.
Dazu tritt als zweite Massnahme, dass, wie das Q-V-Diagramm der Fig. 7 noch beson ders deutlich zu erkennen gibt, die über das Düsenventil 18(3) entlassene Feuergasteilmenge einen sehr erheblichen Anteil an der insgesamt. bei einer Verpuffung in der Verpuffungskam mer erzeugten Feuergasgesamtmenge darstellt, so dass sich die Auffüllkammer 12 relativ schnell auffüllt. Denn sie wird von zwei Sei ten aus mit Feuergasen gespeist; sie nimmt über die Auffangdüse 11(1,2) bzw. 11(3,4) die in der vorgeordneten Stufe I, Ia, 9 teilweise abgearbeitete, zunäehst höchstgespannt gewe sene Fenergasteilmenge auf und sie erhält weiter über einen der Anschlüsse 20 eine niedrigergespannte Feuergasteilmenge über das gerade betrachtete Düsenventil 18(3).
Auf diese beiden Umstände ist der gleichartige Verlauf der strichpunktiert dargestellten Gegendrucklinie 42 zur Expansionslinie A-B zurückzuführen. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass hinter der zweiten Stufe II, Ha, 14, also im Ausströmraum 22, ein Gegendruckverlauf auftritt, der durch die gestrichelte Linie 35 in Fig. 6 gekennzeichnet ist.
Erreicht wird er einerseits durch die Auf nahme von Feuergasen aus der zweiten Stufe über eine Auffangdüse 27 (vgl. Fig. 3 und 4) und anderseits durch die Aussehie- bung der Restfenergase längs des Zeit abstandes C bis E der Fig. 6 für die betrach tete Kammer 4, über das geöffnete Auslass ventil 21(4). Die ausgezogen dargestellte Diagrammlinie C -E entspricht dem in der betrachteten Verpuffungskammer auftreten den Druck, während Linie 35 den im Gegen- druckratnn, also im Ausströmraum 22, herr schenden Druckverlauf angibt. Was für die Kammer 4 dargelegt worden ist, gilt natur gemäss für alle Kammern, das heisst auch für die Kammern 1, 2 und 3.
Das bedeutet, dass unabhängig von der Verpuffungskammer, die gerade höher-, niedriger- oder niedrigstge- spannte Feuergasteilmengen entlässt, die erste und die zweite Stufe mit relativ günstigen Wirkungsgraden infolge kleiner Gefälle schwankungen arbeiten können, da auch Expansionslinienabschnitt B-C und zuge hörige Gegendrucklinie 35 mit Ausnahme der Auffüllphase 43 annähernd äquidistant ver laufen.
Zugehörig zur Teilexpansion B-C des Diagrammes der Fig. 6 ist dabei derjenige Gegendruckverlauf im Ausströmgehäuse 22, der von der niedrigst.gespannten Feuergasteil- menge einer der Verpuffungskammern 1 oder 2 erzeugt. wird, deren Arbeitsspielbeginn gegenüber dem Zeitpunkt 0 der Fig. 6 um das Zeitmass A bis C voreilen muss, um im Zeit punkt B des Diagrammzuges der Fig. 6 mit der Entlassung ihrer Restfeuergasmenge in das Ausströmgehäuse 22 beginnen zu können.
Das Q-V-Diagramm der Fig. 7 lässt diese Verhältnisse noch deutlicher erscheinen. In dem Q-V-Diagramm der Fig. 7, welches das übliche Q - S - Entropiediagramm, z. B. nach Pflaum, mit den prozentual ausgeströmten Feuergasmengen,unter Berechnung der Feuer gasgesamtmenge je Verpuffungskammer mit. 100 %, als Abszissen vereinigt, wobei die Ordinaten dem Wärmeinhalt der Feuergase in kcal/nm3 entsprechen, erkennt man zu nächst wieder die den Punkten des Linien zuges l, B, C, E der Fig. 6 entsprechenden Punkte A, B, C und E.
Das Druck- und Tem- peraturliniennetz ist nur angedeutet und gilt nur für die von A ausgehende Doppellinie, welche die adiabatischen Feuergasgefälle an gibt. Die Doppellinie gibt die während der Expansion auftretenden Zustandsänderungen wieder, aber nur für die ideale Maschine, bei der während der Expansion keine Entropie änderungen auftreten, Glas heisst, bei der keine Wärmeübergänge an die feuergasberührten Wandungsflächen stattfinden und keine Wärmeentwicklung durch Reibung an Läufer und Schaufeln eintritt.
Bei der praktisch ausgeführten Maschine ist das natürlich nicht der Fall. Sorgfältige Untersuchungen über den Wärmeübergang an den Wandungen auf der Gasseite und Be rechnungen der Ventilationsverluste am Läu fer und an den Schaufeln haben jedoch erge ben, dass bei gut ausgeführten Anlagen und bei Anwendung der üblichen Arbeitsprozesse annähernd Übereinstimmung zwischen durch Reibung und Ventilation entwickelten und an das Kühlmittel übergehenden Wärmemengen besteht. Es ist daher berechtigt, von adiaba tischen Zustandsänderungen während der Expansion auszugehen und diese Änderungen erscheinen in Q-S- oder Q-V-Diagramm als Vertikallinien.
Eingetragen sind weiter die strichpunktiert gezeichnete, dem Linien zug 42 der Fig. d entsprechende Gegendruck linie 37 und die dem Linienzug 35 der Fig. 6 entsprechende Linie 38. Diese Linien bestirr- men in Verbindung mit durch die Punkte A, B, C und E gelegten Ordinaten die Flächen In, Ib, II und III.
Die Fläche I4 unterhalb des der ersten Teilexpansion A-B entsprechenden Kurven- verlaufes gibt die Arbeitsleistung der aus den Düsen I ausströmenden Feuergasteilmenge, aasgeübt auf das Rad 9, an.
Die strichpunktiert gezeichnete Trennlinie 37 entspricht dem in der Auffüllkammer 12 auftretenden Innendruck, also dem Gegen druck in bezog auf die vorgeordnete erste Stufe I, I4, 9. Der Verlauf dieser Linie 37 ist abhängig ausser von einer Reihe von Einflüs- sen rechnerisch und versuchstechnisch schwie riger Erfassbarkeit in der Hauptsache von der Anzahl der arbeitenden Kammern, der Zahl und Grösse der Düsenvorrätume und der eng sten Düsenquerschnitte. Letztere wurden neben der bereits erwähnten Raumbemessung der Auffüllkammer planmässig variiert, um gün stige Verhältnisse zu erzielen.
Dabei zeigte es sich, dass man bei alleiniger Verarbeitung der zunächst höchstgespannt gewesenen Feuergas teilmenge in der Düse II, deren engsten Ge samtquerschnitt fII lm Verhältnis zum engsten Gesamtquerschnitt fI der Düsen I in den Grenzen 1,5 bis 2,5:1 halten muss, tun zu optimalen Werten kommen zu können. Das Verhältnis fII : fI ist auf 2,5 bis 3,5:1 zu vergrössern, wenn die Düse II gemäss dem Ausführungsbeispiel nicht nur die über die Düsen I zugeführte, ursprünglich höchst gespannt gewesene Feuergasteilmenge, sondern auch die aus einer Verpuffuugskammer über die Organe 18, 19, 20 unmittelbar entnom mene, niedrigergespannte, Feuergasteilmenge zu verarbeiten hat.
Mit Ib ist eine Fläche bezeichnet, die der Arbeitsabgabe der über die Düsen I zuge- führten Feuergasteilmenge in der zweiten Stufe II, Ha, 14 entspricht. Es handelt sich also um die Arbeitsleistung desjenigen Teils der Feuergasgesamtmenge, der bereits in der ersten Turbinenstufe I, I4, 9 Arbeit geleistet hat und weitere Arbeit in -der zweiten Turbi nenstufe leistet.
Die Arbeitsfläche II entspricht der dispo- nibgen Arbeit, welche die über ein Düsenventil 18 aus den Verpulfungskammern entlassene, niedrigergespannte Fetergasteilmenge an die zweite Türbinenstufe abgibt.
Mit III ist schliesslich das Arbeitsvermögen bezeichnet, das die über Treibgasleitung 23 abströmenden Feuergase besitzen: Fig. 7 läss"t in Verbindung mit der in den Fig. 1 und - 2 schematisch verdeutlichten, konstruktiven Gestaltung- erkennen, welche Massnahmen zu dem Fortschritt geführt haben, der dadurch gegeben ist, dass infolge kleinerer Gefälleschwankungen in den Turbinenstufen diesen Verhältnissen weitestgehend entspre chende Räder mit günstigem Wirkungsgrad anwendbar geworden sind.
Das Q - V - Dia gramm lässt auch erkennen, welche erheblichen Feuergasmengen zur Auffüllung der Auffüll kammer zur Verfügung stehen.
Wie bereits oben ausgeführt, wird die Auffüllkammer 12 bei dem Ausführungsbei spiel nach den Fig. 1 bis 3, zu dem das Dia gramm der Fig. 7 gehört, von zwei Quellen aus gleichzeitig mit Feuergasen aufgefüllt, zunächst von der Feuergasteilmenge im Aus mass 39 im Verhältnis zur Feuergasgesamt menge 40 über die vorgeordnete Stufe I, I4, 9 und weiter von der Feuergasteilmenge vom Ausmass 41 im Verhältnis zur Feuergasgesamt menge 40 über die Zuführungen 18, 19, 20. Dadurch kommt es zu einer Einflutung gro sser Feuergasmengen in die Kammer 12 und damit zu einer ausserordentlich rapiden Auf füllung derselben, so dass die Auffüllphase 33 in Fig. 6 relativ dein wird; die Gegendruck linie 37 wird dadurch schon bei kleineren Feuergasausströmvolumina in eine günstigere Relativlage zum Expansionslinienabschnitt A-B gebracht.
Das Gleiche gilt für Gegen drucklinien 38 und Auffüllphase 43. Im Bei spiel betragen die Anteile 39 und 41 zusam men etwa 75 % der Feuergasgesamtmenge, wobei allein 25 % auf den Anteil 41 entfallen. Dabei durchströmen diese 75 % Feuergase den engsten Querschnitt der Düse II mit gering sten Düsenverlusten.
Entsprechend der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Möglichkeit, den Expansions linienabschnitt B-C in den Verpuffungskam mern mit der zugehörigen Dehnungslinie 31-32 zur Deckung zu bringen, also Über- einstimmung zwischen den Zuständen der durch die Düsen 28 und II nach Fig. 4 strö menden Feuergase zu schaffen, ist die Aus bildung nach den Fig. 1 bis 3 möglich gewor den, das heisst eine einzige Düse II in der zweiten Turbinenstufe zu verwirklichen. Diese Ausbildung hat dabei eine Reihe erheblicher Vorteile. Die Düsen 28 nach Fig. 4 arbeiten nämlich periodisch, das heisst sie erhalten nur während der Zeitspanne B bis C der Fig. 6 Feuergase. Düsen mit unterbrochener Beauf schlagung arbeiten aber ungünstiger als pau senlos beaufschlagte Düsen.
Eine solche pau senlos arbeitende Düse ist die Düse II; denn ihr ist eine einzige Auffüllkammer 12 vorge ordnet, die deshalb umunterbrochen Feuergase erhält, weil die Arbeitsspiele der Kammern 1 bis 4 so versetzt sind, dass stets eine der Düsen I(1 bis 4) Feuergase erhält. Eine Anordnung nach Fig. 3 arbeitet also mit höherem Düsen wirkungsgrad als eine Anordnung nach Fig. 4 mit den Einzeldüsen 28 oder eine Anordnung nach Fig. 5 mit Gruppendüsen 28(1,2) oder 28(3,4).
Durch die pausenlos aufeinanderfol gende Beaufschlagung mit Treibmittel erhal ten die Turbinenräder 9 und 20 ausserdem ein sehr gleichmässiges Drehmoment, und der Ungleichförmigkeitsgrad des Turbinenläufers @max - @min : @mittei konnte gegenüber der Ungleichförmigkeit von Explosionsturbinen mit Druckausgleich zwischen den Turbinen- stüen mit Hilfe sogenannter Druckausgleichs behälter wesentlich verbessert werden. Wäh rend die bekannten Turbinen einen solchen von<B>1:</B> 350 aufwiesen, beträgt er bei so ans- gebild'eten Turbinen <B>1.</B> 700 ohne Berücksich tigung eines etwa angetriebenen Verdichters.
Dazu kommt, dass die Düse II nach Fig. 3 zu einer einzigen Durchbrechung der Wan dungen der Radkammer 26, von derjenigen durch .die Fangdüse 27 abgesehen, führt, während die Zahl der Durchbrechungen nach Fig. 4 grösser wäre; das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 nimmt eine Mittelstellung ein.
Es kann also eine Anordnung nach Fig. 3 mit einer weit besseren Laufradabschirmung ver sehen werden als die Anordnung nach den Fig. 4 und 5. Von dem Ausmass dieser Ab schirmung hängt aber der Ventilationswider- stand des Rades ab, so dass das Ausführungs- beispiel nach Fig. 3 zti günstigen Verhältnis sen führt.
Die Einführung der zusätzlichen Feuergasmenge vom Ausmass 41 in die Auf- füllkammer 12 erfolgt dabei bereits zwischen den Rädern 9 und 14, also, in Strömungsrieh- tung gesehen, vor dem engsten Querschnitt 25 der Düse II (vgl. Fig. 3).
Die Steuerung der beschriebenen Ein- und Auslassorgane, die in Form von Ventilen ver anschaulicht worden sind, an deren Stelle aber auch ohne weiteres Schieber, membrange steuerte Aus- und Einlässe oder dergleichen treten können, kann auf die verschiedenste Weisse vorgenommen werden, etwa mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektrisch, magne tisch, elektromagnetisch, hydromechanisch, hydroelektrisch, pneumomechanisch, pneumo- elektrisch oder in sonstwie geeigneter Weise.