Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger und Treibgaserzeuger zur Durchführung des Verfahrens Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeu ger, bei denen dem Treibgaserzeuger zugeord neten Verpuffungskammern eine Teilmenge der je Kammer und Verpuffung erzeugten Fenergasgesamtmenge entnommen und auf Düsen und Beschaufelungen zur Wirkung ge bracht wird, wobei im Anschluss an die Dehnung der Feuergasteilmenge der Feuer gasrest durch Ladeluft verdrängt wird, sind bereits bekannt.
Man beschränkte sich bei den praktischen Ausführungen darauf, einen Un terschied nur zwischen diesem Feuergasrest und einer einzigen Feuergasmenge zu machen, die im Entlassungszeitpunkt aus der Kammer den Verpuffungshöchstdruck aufweist, so dass diese Hauptmenge der Feuergase über ein einziges Düsenventil zu entlassen und dem gemäss auch nur ein zweites Auslassventil für den Feuergasrest vorzusehen ist. Diese Haupt menge wurde dann allerdings meistens zwei stufig, durchweg in zweikränzigen Curtis- rädern mit Druckausgleich zwischen den Stu fen, verarbeitet, während man den Feuergas rest der zweiten Turbinenstufe über beson dere Düsen zur Verarbeitung zuführte.
Nach neueren Vorschlägen geht man nun einen erheblichen Schritt weiter, indem man auch die oben genannte Feuergashauptmenge in Teilmengen entlässt, so dass also Feuergas teilmengen zur Entlassung kommen, die sämt- lieh in den Entlassungszeitpunkten Spannun gen oberhalb des Ladeluftdruckes besitzen, unter dem die Restfeuergase im Entlassungs zeitpunkt aus der Kammer stehen. Man ver wirklicht dadurch die Möglichkeit, niedriger gespannte Feuergasteilmengen hinter einer Stufe zur Expansion zu bringen, welche Stufe ihrerseits gleichzeitig durch Feuergasteihmen gen höherer, im Entlassungszeitpunkt auftre tender Anfangsspannung beaufschlagt wird. Da es sich in beiden Fällen um Expansionen handelt, besitzen die so bewirkten Spannungs abfälle vor und hinter einer Stufe ähnliche Charakteristik.
Da es weiter mit dem Mittel der Versetzung der Arbeitsspiele zugeordne ter Verpuffungskammern möglich ist, diese Beaufschlagungs- und Gegendruckverläufe zu synchronisieren, hat man mit dieser Mass nahme ein äusserst einfaches Mittel gefunden, um die Gefälleschwankungen in den Stufen gegenüber dem bisherigen Stand bedeutend zu verringern.
Das ist von Einfluss auf die Ausbildung und .die Wirkungsgrade der Be- schaufehing. Früher war man gezwungen, in folge der stark wechselnden Gefälle infolge nur einseitigen Auftretens des Spannungs abfalles der Beaufschlagungsdrücke bei an nähernd konstantem Gegendruckverlauf, Cur- tisräder mit unzureichendem Wirkungsgrad anzuwenden; infolge der Endlichkeit der Druckausgleichsräume bei praktischen Aus- Führungen, stieg in Wirklichkeit der Gegen druck noch etwas an.
Ausserdem musste man diese Curtisräder zweikränzig ausbilden, so dass feststehende Umkehrschaufeln erforder lich wurden, die infolge des Fortfalles der Beaufschlagungspause, die jede umlaufende Schaufel erfährt, betriebliche Schwierigkeiten machen. Infolge Unterfluranordnung der Ver puffungskammern und dadurch bedingter An ordnung der die Feuergashauptmenge ver arbeitenden Düsen im Turbinengehäuseunter teil, musste man die von den Restfeuergasen beschickten Düsen im Turbinenoberteil mit unerwünschten Störrungen des Turbinenauf baues anordnen. Durch die erwähnte, einfache Massnahme ist es gelungen, die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen.
Denn die Ein zelgefälle können nunmehr so bemessen wer den, dass sie in einkränzigen Rädern ver arbeitbar werden, deren Umfangsgeschwin digkeiten mehr als 250 m/sek, vorzugsweise etwa 300 m/sek, betragen, so dass Rad wirkungsgrade zwischen 75 und 85 % zu ver wirklichen sind. Die Beschaufelungen dieser Räder sind dabei bis auf die beaufschlagen den Düsenquerschnitte, wenn man von der Fortleitung der Feuergase absieht, völlig ab- sehirmbar, so dass der Ventilationswider stand entsprechend gering ausfällt, der sonst bei verhältnismässig kleinen Gefällen und hohen Radkammerdrücken gross werden könnte. Bei einkränzigen Rädern fallen Umkehrschaufeln mit ihrer schwierigen Kühlung völlig fort.
Vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es nötig und möglich ist, die so erreichten Vorteile auch bei den weiteren Bauteilen auf ein Optimum zu treiben, die an der Feuergasführung beteiligt sind. Als diese Bauteile kommen vor allem die Düsen in Betracht. In folgerichtiger Weiterführung der genannten Erkenntnisse kommt man zu der Aufgabe, die Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass Lavaldüsen anwendbar werden.
In Lavaldüsen können nämlich die Feuergas strömungsverhältnisse im Zuströmraum vor dem engsten Düsenquerschnitt bei gleichem Düsenwirkungsgrad turbulenter sein als bei einfachen, nicht erweiterten Düsen, wenn das Druckverhältnis zwischen Einlass- und Gegen druck hinter der Düse grösser ist als das kri tische Druckverhältnis.
Da dieser Umstand gerade bei Verpuffungsbrennkraftturbinen von ausschlaggebender Bedeutung ist, um höchste Düsenwirkungsgrade zu erzielen, ist die Erkenntnis von ausschlaggebender Bedeu tung, dass es gelingt, durch eine bestimmte Festlegung der Drücke, unter denen die Feuergasteilmengen in den Entnahmezeit punkten aus der Kammer stehen, diese Laval- düsen zur Anwendung bringen zu können.
Die Lösung der technischen Aufgabe gibt das Verfahren nach der Erfindung zum Be triebe Feuergase durch Verpuffungen herstel lender Treibgaserzeuger, bei welchem dem Treibgaserzeuger zugeordneten Verpuffungs kammern Feuergase über mehrere je Verpuf- fuingskammer angeordnete Düsenventile ent nommen und unter Expansion in Lavaldüsen auf diesen nachgeordnete Beschaufelungen zur Wirkung gebracht werden, während der Feuergasrest aus den Verpüffungskainmern über Auslassventile mittels Ladeluft verdrängt wird,
indem erfindungsgemäss die Anzahl der Teilmengen, mit der die je Kammer und Ver puffung erzeugte Feuergasgesamtmenge mit Drücken oberhalb des Ladedruckes entnom men wird, n beträgt, und dass der Anfangs druck (pZJ, mit dem jede Teilgasmenge ent nommen wird, annähernd gleich ist dem Pro dukt aus der Spannung der Ladeluft (po) und der
EMI0002.0031
Potenz des Quotienten aus dem Expansionsanfangsdruck (p1)
der höchstgespannten Teilgasmenge und dem Ladeluftdruck (po), wobei a der zeitlichen Ordnungsziffer der jeweils betrachteten Teil expansion entspricht.
Bei einer derartigen Bestimmung der Ent nahmedrücke, die sich als Gegendrücke zu den Beaufschlagungsdrücken der vorgeordneten Stufe auswirken, werden diese Gegendrücke kleiner als der kritische Druck, womit die Voraussetzung zur Anwendung von Laval- düsen mit den dargelegten Vorteilen verwirk licht ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Treibgaserzeuger zur Durchführung des Ver fahrens nach der Erfindung.
Die Zeichnung veranschaulicht die sich bei Durchführung des erfindungsgemäss vor geschlagenen Verfahrens ergebenden Verhält nisse am Beispiel eines Öltreibgaserzeugers mit zweifacher Teilexpansion, also mit einem Wert von n gleich 2, wobei nur die Dehnun gen als Teilexpansionen gezählt werden, deren Anfangsspannungen oberhalb des Ladeluft druckes liegen. Im einzelnen gibt Fig. 1 den schematisch gehaltenen Längs schnitt durch einen Treibgaserzeuger mit zweifacher Expansionsunterteilung und zwei Turbinenstufen wieder, während Fig. 2 in derselben Schnittdarstellung einen Treibgaserzeuger mit zwei Expansions- unterteihungen und drei Turbinenstufen ver anschaulicht.
Fig. 3 gibt das zu dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 1 zugehörige Q - V - Dia gramm wieder.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 be zeichnet 1 eine der Verpuffungskammern, deren Feuergase über Düsen Beschaufelun- gen zugeleitet werden. Die Verpuffungskam mer 1 ist in üblicher Weise mit einem Luft einlassorgan 2 und mit einem in dieses ein gebauten Brennstoffeinspritzventil 3 ver sehen. Die Ladeluftzuführungsleitung ist mit 4 bezeichnet, während Brennstoffpumpe und Brennstoffzuführangsleitungen als an sich bekannt und in üblicher Weise ausgeführt nicht gezeichnet sind. Jede Verpuffungs- kammer ist mit zwei Düsenventilen 5 und 6 sowie mit einem Auslassventil 7 für den Feuergasrest ausgebildet.
Die über Düsen ventil 5 entlassene Feuergasteilmenge wird über Düsenvorraum 8 den Düsen 9 zugeführt, die der einkränzigen Beschaufelung 10 des Rades 11 der ersten Turbinenstufe vorgeord net sind. Auffangdüsen 12 fangen die in der ersten Turbinenstufe 9, 10, 11 teilweise abge arbeiteten Feuergase auf und führen sie einer Auffüllkammer 13 zu, die zwischen den Turbinenstufen angeordnet ist. In die Auf füllkammer 13 münden Leitungsteile 14 ein, die sich an das Düsenventil 6 anschliessen. Die Auffüllkammer geht bei 15 in weitere Düsen über, die der einkränzigen Beschaufe- lung 16 des Rades 17 der zweiten Turbinen stufe vorgeordnet sind.
Fangdüsen 18 nehmen die Feuergase auf, die die zweite Turbinen stufe 15, 16, 17 durchströmt haben, und führen sie über das Leitungsstück 19 der Treibgasentnahmeleitung 20 zu. Im Anschluss querschnitt der Treibgasentnahmeleitung 20 an das Turbinengehäuse 21 mündet auch ein weiterer Leitungsteil 22 aus, der den Feuer gasrest aufnimmt, der über das Auslassventil 7 entlassen wird.
Die Feuergasbildung selbst kommt da durch zustande, dass Ladeluftventil 2 und Auslassventil 7 gleichzeitig eröffnet werden. Die einströmende Ladeluft schiebt infolge des relativ schlanken Diffusors 23 die Restfeuer gase, die von der vorhergehenden Verpuffung her noch die Kammer 1 erfüllen, über das ge öffnete Auslassventil 7 aus, ohne sich bedeu tend mit den Feuergasen zu vermischen. Kurz vor Beendigung dieses Restfeuergasverdrän- gungs- und Ladeabschnittes eines Arbeits spiels führt der zugeordnete Kolben der Brennstoffpumpe seinen Förderhub aus und spritzt über das Ventil 3 in die noch in Be wegung befindliche Luft die erforderliche Brennstoffmenge ein.
Dadurch bildet sich eine zündfähige Ladung in dem Zeitpunkt, in dem sich die Ventile 2 und 7 schliessen. Eine nicht gezeichnete Zündvorrichtung bewirkt die: Zündung des Gemisches, so da.ss bei völlig geschlossenen Ventilen die Verpuffung vor sich geht. Im Zeitpunkt der Ausbildung des höchsten Verpuffungsdruckes öffnet sich Dü- senventil 5 und entlässt eine Feuergasmenge, deren Anfangsdruck gleich dem Verpuffungs- h.öchstdruck ist.
Gleichzeitig eröffnet sich das . Düsenventil 6 einer andern, nichtgezeichne ten Verpuffungskammer und entlässt eine niedrigergespannte Feuergasteilmenge in die Auffüllkammer 13, da ihr Arbeitsspiel gegen über dem der betrachteten Kammer 1 eine solche Voreilung besitzt, da.ss sie bereits die Feuergasteilnenge mit einem dem Verpuf- fungshöchstdruck entsprechenden Druck tut- lassen,
das heisst ihr Düsenventil 5 geschlos sen und ihr Düsenventil 6 eröffnet hat, wenn sieh das Düsenventil 5 der betrachteten Kam mer 1 gerade öffnet. Vor den Düsen 9 und der Beschaufelung 10 der ersten Turbinen stufe treten also die Beaufschlagungsdrücke der ersten Teilexpansion auf, der eine Teil menge der in der Kammer 1 erzeugten Feuer gasgesamtmenge in der genannten Stufe un terworfen wird.
Hinter der gleichen Stufe, in Feuergas richtung gesehen, treten Gegendrücke auf, die in der Auffüllkammer 13 dadurch erzeugt werden, dass diese von zwei Seiten aus Feuer gase erhält; sie erhält zunächst aus der er wähnten andern Verpuffungskammer unmit telbar entlassene Feuergase über die Zufüh rungsleitung 14; sie erhält weiter Feuergase über die Auffangdüsen 12 aus der ersten Turbinenstufe. Unter dem Einfluss dieser bei den Feuergaszuströmungen füllt sich die Auf füllkammer 13, begünstigt durch ihr kleines Volumen, momentan und rapide auf, so dass die erwähnte Gegendruckbildumg zustande kommt. Diese Gegendruckbildumg hat aber den Charakter einer Teilexpansion, da die Auffüllkammer 13 über die Düsen 15 in offener Verbindung mit der zweiten Turbi nenstufe 15, 16, 17 steht.
Da die erwähnte Ar- beitsspielversetzumg zum Synchronismus zwi schen beiden Teilexpansionen führt, verlaufen die die Expansions- und Gegendruckverläufe kennzeichn enden Linien in einem Q - V Diagramm bis auf die Auffüllphase an nähernd äquidistant, wie der Fig. 3 entnom men werden kann. Dadurch ergeben sich viel kleinere Gefälleschwankungen in der ersten Turbinenstufe und damit höhere Radwir kungsgrade als bisher.
Was für die erste Turbinenstufe ausge führt worden ist, gilt sinngemäss für die zweite Turbinenstufe 15, 16, 17. Denn vor dieser Turbinenstufe liegen, wieder in Strö mungsrichtung der Feuergase gesehen, die Düsen 15, die von der Auffüllkammer 13 aus mit Feuergasen versorgt werden. Diese Feuer gase erzeugen einen Druck, dessen Auswir kumgen als Gegendruck in bezug auf die vor- geordnete erste Turbinenstufe 9, 10, 11 gerade betrachtet worden sind; die gleichen Drücke werden nun in bezug auf die im Treibgas strom nachgeordnete zweite Turbinenstufe 15, 16, 17 zu Beaufschlagungsdrücken, so dass diese Beaufschlagungsdrücke wieder den Cha rakter einer Teilexpansion haben. Während diese Teilexpansion vor sich geht, hat eine dritte, bisher nicht betrachtete und nicht ge zeichnete Kammer ihr Auslassventil 7 eröffnet.
Über dieses Auslassventil 7 werden aus dieser sich gerade im Ladevorgang befindenden Kammer Restfeuergase durch die gleichzeitig eintretende Ladeluft verdrängt. Diese Rest feuergase erreichen den Mündungsquerschnitt der Treibgasentnahmeleitung und erzeugen dort infolge zeitlich verschiedener Zufluss- und Abflussverhältnisse einen zeitlich verän derlichen Gegendruck, der in der Auffüll- periode steigt und dann einen fallenden Cha rakter besitzt.
Dieser Gegendruck wirkt sich über das Leitungsstück 19 auf die vorgeord nete Beschaufelung 16 aus, so dass also Be- alüschlagLmgsdrücke der Düse 15 und Gegen drücke der Radkammer des Rades 17 wieder einen gleichartigen Charakter einer Teil expansion besitzen.
Durch die noch stärkere Voreilung des Arbeitsspiels der dritten Kam mer, die den Ladeabschnitt ihres Arbeitsspiels durchführt, während die Kammer 1 die höchstgespannte Feuergasteilmenge, die zweite Kammer eine bereits niedrigergespannte Teil menge entlässt, tritt der Synchronismus auch des durch die Restfeuergase hervorgerufenen Gegendruckverlaufes mit der Teilexpansion a a uf,
die der zweiten Turbinenstufe zugeord- net ist. Demgemäss treten auch in der zweiten Turbinenstufe bedeutend kleinere Gefälle schwankungen auf, so dass auch diese Turbi nenstufe mit günstigem Radwirküngsgra,d zu arbeiten vermag.
Insoweit entspricht das Ausführungsbei spiel bereits früheren Vorschlägen, während zur Kennzeichnung der Erfindung folgendes auszuführen ist Die Vervirklichung der Erfindung zeigt sich in dem Q - V - Diagramm der Verpuf- fungskammer 1 der Fig. 1, das in Fig. 3 massstäblich richtig wiedergegeben ist. In die sem Q - V -Diagramm, welches das übliche Q - S - Entropiediagramm, z.
B. nach Pflaum, mit den prozentual ausgeströmten Feuergas mengen, unter Berechnung der Feuergas gesamtmenge je Verpuffung und Kammer mit 100 %, als Abszissen vereinigt, wobei die Or dinaten dem Wärmeinhalt der Feuergase in kcal/nm3 (Enthalpie) entsprechen, erkennt man zunächst das angedeutete Druck- und Temperäturliniennetz, das nur für die vom Punkte A ausgehende Doppellinie gilt, wel che die adiabatischen Feuergasgefälle angibt.
Die Doppellinie gibt die während der Expan sion auftretenden Zustandsänderungen wie der, aber nur für die ideale Maschine, bei der während der Expansion keine Entrople- änderungen auftreten, das heisst bei der keine Wärmeübergänge an die feuergasberührten Wandungsflächen auftreten und keine Wärme entwicklung durch Reibung an Läufer und Schaufeln stattfindet. Bei der praktisch aus geführten Maschine ist das natürlich nicht der Fall.
Sorgfältige Untersuchungen über den Wärmeübergang an den Wandungen auf der Gasseite und Berechnungen der Ventila tionsverluste am Läufer und an den Schau feln haben jedoch ergeben, dass bei gut aus geführten Anlagen und bei Anwendung der üblichen Arbeitsprozesse annähernd Über einstimmung zwischen durch Reibung und Ventilation entwickelten und an das Kühlmit tel übergehenden Wärmemengen besteht. Es ist daher berechtigt, von adiabatischen Zu standsänderungen während der Expansionen auszugehen, und diese Änderungen erscheinen im Q - V - Diagramm als Vertikallinien.
Der Punkt A entspricht dem Anfangszu stand der über Düsenventil 5 entlassenen Feuergasteilmenge, also dem Verpuffungs höchstdruck, der im Beispiel 64 ata beträgt. Diese Teilmenge vom Anfangszustand A wird nunmehr in den Düsen 9 bzw. der Beschaufe- lung 10 der ersten Turbinenstufe einer Teil expansion 24 unterworfen, die bis zum Punkt B reicht. In diesem Punkt B schliesst sich das Düsenventil 5, und es öffnet sich das Düsen ventil 6. Die dadurch zur Entlassung kom- mende Feuergasteihmenge vom Anfangszu stand B erfährt eine Teilexpansion, deren Verlauf durch das Expansionslinienstück 25 gekennzeichnet ist. Im Punkt C schliesst sich das Düsenventil und es öffnet sich das Aus lassventil 7.
Die über das geöffnete Ventil gleichzeitig eintretende Ladeluft schiebt den Feuergasrest aus, so dass der Punkt E er reicht wird, in welchem sich Auslassventil 7 und Ladeluftventil 2 schliessen. Hierauf folgt der in einem Q - V -Diagramm nicht dar stellbare Arbeitsspielabschnitt der Zündung und Verpuffung, der zur Bildung einer Feuergasgesamtmenge vom Anfangszustand A führt. Dann wiederholt sich das geschil derte Arbeitsspiel.
Es ist also zu beachten, dass das Q - V Diagramm der Fig. 3 zeitlich abläuft, so dass synchron verlaufende Vorgänge in ihm nur durch gedachte Verschiebungen veränschau: licht werden können.
Bei Erläuterung dieses Diagrammes wurde bereits von einer bestimmten Lage des Punktes B ausgegangen. Geht man, wie dies folge richtig wäre, zunächst von dem der Erfin dung gestellten Problem aus, für kritische Druckverhältnisse zwischen Beaufschlagungs- und Gegendrücken zu sorgen, so liegt die Lage des Punktes B auf der durch die Punkte A und C bestimmten Expansionslinie noch nicht fest, sondern es besteht im Gegenteil die völlig offene Aufgabe, den Entnahmedruck der niedrigergespannten Feuergasteilmenge,
die über das Düsenventil 6 zur Entlassung kommt, so zu bestimmen, dass überkritische Druckverhältnisse in den Düsen auftreten und gleichwohl einkränzige Räder mit Um fangsgeschwindigkeiten über 250 m/sek an wendbar werden.
Zur Lösung des Problems, das Verhältnis der Beaufschlagungsdrücke zu den Gegen drücken grösser zu halten, als dem kritischen Druckverhältnis entspricht, so dass sämtliche Düsen, also sowohl die Düsen 9 als auch die Düsen 15, als Lavaldüsen auszuführen sind, ohne da.ss auf einkränzige Räder mit - Um fangsgeschwindigkeiten über 250 m/sek ver zichtet werden muss, wird, wenn die Anzahl der Teilmengen, mit der die je Kammer und Ver puffung erzeugte Feuergasgesamtmenge mit Drücken oberhalb des Ladedruckes entnommen wird, n beträgt, der Anfangsdruck pzw, mit dem jede Teilgasmenge entnommen wird,
an nähernd gleich dem Produkt aus der Span nung der Ladeluft po und der
EMI0006.0001
Potenz des Quotienten aus dem Expansions anfangsdruck p1 der höchstgespannten Teil gasmenge und dem Ladeluftdruck po gehal ten, wobei a der zeitlichen Ordnungsziffer der jeweils betrachteten Teilexpansion ent spricht.
Da n im Falle des Ausführungs beispiels dem Wert 2, a wegen der betrachte ten zweiten Teilexpansion ebenfalls dem Wert 2 entspricht, bedeutet das, dass die die Lage des Punktes B festlegende Entnahmespan nung pzw der durch Düsenventil 6 aus der Verpuffungskammer zu entlassenden Teil menge bestimmt ist durch den Ausdruck:
EMI0006.0005
Da im Falle des Ausführungsbeispiels p1 = 64 ata und po = 12 ata ist, ergibt sich
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Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, ent spricht die Lage des Punktes B diesem Zwi schendruck. Der sich in der Auffüllkammer 13 auf Grund dieser Entnahmespannung ein stellende Gegendruckverlauf ist durch die strichpunktiert eingezeichnete Linie 26 dar gestellt.
Man erkennt zunächst, dass die Li nie 26 bis auf die an ihrem Beginn auftre tende kurze Auffüllphase einen gleichartigen Expansionsverlauf zur Linie 24 besitzt. In der ersten Turbinenstufe erfährt also die über das Düsenventil 5 entlassene Feuergas teilmenge vom Anfangszustand A kleinere Gefälleschwankungen als bisher, so dass die Beschaufelung 10 mit hohem Radwirkungs grad arbeitet, da bekanntlich Strahlgeschwin- digkeitsschwankungen bis zu maximal 30% nach oben und bis zu 15 % nach unten die Wirkungsgrade nicht bedeutend verschlech- tern;
innerhalb dieser Grenzen liegen die Ab weichungen der Drucklinien mit Ausnahme der Auffüllperiode von der Äquidistanz Jede Beschaufelung kann einkränzig ausgebil- det und mit Umfangsgeschwindigkeiten über 250 m/sek, vorzugsweise mit 300 m/sek, be trieben werden, da die durch die Lage der Ge- gendrucklinie 26 in bezug auf die Expan sionslinie 24 bestimmten Einzelgefälle dies ermöglichen.
Linie 27 stellt die Linie des kritischen Druckes in bezug auf die Expansionslinien 24, 25 dar. Die Gegendricklinie 26 liegt deutlich erkennbar unter dieser Linie 27 des kritischen Druckes, so dass in der ersten Tur binenstufe Lavaldüsen mit den dargestellten günstigen Eigenschaften zur Anwendung kom men können. Was für die erste Turbinenstufe ausgeführt worden ist, gilt aber auch für die zweite Turbinenstufe. Zu diesem Zweck ist die punktierte Linie des in der zweiten Radkammer auftretenden Gegendruckes wie dergegeben worden.
Diese Linie 28 verläuft annähernd äquidistant zur Linie 26, die nun mehr die Änderungen des Beaufschlagungs- druckes wiedergibt, die in bezug auf die zweite Turbinenstufe 15, 16, 17 auftreten.
Die zweite Turbinenstufe verarbeitet also praktisch gleichbleibende Gefälle:. Dhe Lageöder Linie 28 in bezug auf die Linie 26, mit andern Worten das Gefälle in der zweiten Turbinen stufe, was die Verarbeitung der Feuergasteil- menge betrifft, die über die Auffangdüsen 12 aus der ersten Turbinenstufe entlassen worden ist, ist dabei so festgelegt,
dass in der zweiten Turbinenstufe wieder einkränzige Räder mit den erwähnten Umfangsgeschwin digkeiten anwendbar werden.
Eingezeichnet ist aber auch die Linie 29 des kritischen Druckes in bezug auf den Be- aufschlagungsdruck, gegeben durch Linie 26. Man erkennt, dass die Linie 28 auf dem grössten Teil ihres Verlaufes unterhalb der Linie 29 liegt. Eine derartige schwache Un terschreitung des kritischen Druckes ändert nicht den bekannten Vorteil der Lavaldüse, den Feuergasstra-hl in der gewünschten Rich tung ohne Ablenkung und entsprechende Wirkungsgradeinbusse zu führen.
Gefährlich wird die Lavaldüse nur bei starker Erweite rung bzw. bei zu gross gewähltem Erweite rungswinkel; erst dann löst sich der Strahl von der Führungswand und expandiert im Spalt weiter in unbeeinflussbarer Richtung.
Das Diagramm der Fig. 3 lässt schliesslich erkennen, dass auch der durch die punktierte Linie 35 gekennzeichnete Gegendruckverlauf in bezug auf die Feuergasteilmenge, die in die Auffüllkammer 13 über das Düsenventil 6 entlassen wird, die also den Anfangszustand B besass und entsprechend dem Expansions linienabschnitt 25 gedehnt wird, im wesent lichen unterhalb der Linie 27 des kritischen Druckes in bezug auf die Beaufschlagungs- drüeke B bis C liegt.
Gleichgültig daher, ob für die über Leitungsstück 14 zugeführte Feuergasteilmenge besondere Düsen vorge sehen sind oder ob diese Feuergasteilmenge zusammen mit der über Auffangdüse 12 zu strömenden Feuergasteilmenge vom ursprüng lichen Anfangszustand A in einer gemein samen Düse 15 entspannt wird, können in beiden Fällen Lavaldüsen vorgesehen werden.
Abschliessend sei erwähnt, dass Fläche Ia das disponible Arbeitsvermögen der Feuer gasteilmenge vom Anfangszustand A in der ersten Turbinenstufe, die Fläche Ib das Ar beitsvermögen der gleichen Feuergasteilmenge in der zweiten Turbinensode darstellt. Die Fläche II stellt das disponible Arbeitsvermö gen der über das Düsenventil 6 entlassenen Feuergasteilmenge vom Anfangszustand B in der zweiten Turbinenstufe dar, während die Fläche III schliesslich ein Mass für das Ar beitsvermögen der Feuergase ist, die in den Mündungsquerschnitt der Treibgasentnahme leitung 20 eintreten.
Was für n = 2, also für zweifache Expan sionsunterteilung ausgeführt worden ist, gilt sinngemäss auch für höhere, ganzzahlige Werte von n. Wäre n beispielsweise = 3, so müsste erfindungsgemäss der Entnahmedruck pzw2,3 der niedrigstgespannten Feuergasteil menge sein:
EMI0007.0006
da a = 3 ist.
Im Falle des Ausführungsbei spiels ergibt das
EMI0007.0007
Die nächsthöhergespannte Feuergasteil menge vom Druck pzw1,2 hat die Ordnungs ziffer a = 2, so dass:
EMI0007.0008
zu sein hat, das heisst, es wird im Falle des Ausführungsbeispiels
EMI0007.0010
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ent spricht demjenigen nach Fig. 1 mit dem Un terschied, dass im Wege des über Auslassventil 7 entlassenen Feuergasrestes Düsen 30 liegen, über die die Beschaufelung 31 des Rades 32 beaufschlagt wird. Die Düsen 30 erhalten je doch nicht nur den über Auslassventil 7 ent lassenen Feuergasrest, sondern auch Feuer gase, die in der vorhergehenden Turbinen stufe 15, 16, 17 Arbeit geleistet haben.
Diese Feuergase strömen zunächst einer Auffüll kammer 36 zu, die mit den Düsen 30 über Krümmer 37 in Verbindung steht. Auf diese Weise kommt der im Ausströmgehäuseteil 32 der dritten Turbinenstufe 30, 31, 32 gebildete Gegendruckverlauf, gekennzeichnet durch Li nienzug 35 in Fig. 3, in bezug auf die Teil expansion 25 in der zweiten Turbinenstufe 15, 16, 17 zur Auswirkung. Bei erfindungsgemäss ausgebildeten Treib gaserzeugern gelingt es, je Kubikmeter Ver- puffungsraum etwa, 108 Kalorien stündlich umzusetzen.
Naturgemäss muss zum Zwecke der Umsetzung von etwa hundert Nli.llionen Wärmeeinheiten je Stunde und m3 Verpuf- fungsraum der Treibgaserzeuger mit einer verhältnismässig grossen Anzahl von Arbeits spielen je Zeiteinheit betrieben werden, das heisst, die Drehzahl der Steuerwelle muss ent sprechend gross sein; darüber hinaus-muss mit einem hohen Ladedruck po und mit einer ver- hältnismässig hohen Wärmetönung der La dung gearbeitet werden.
Um diese Bedingun gen mit einer ausreichenden Lebensdauer der den hohen Temperaturen und Wärmeübergän gen ausgesetzten Bauteile zu vereinigen, ist es zweckmässig, die höchste, in d en Verpuffungs kammern auftretende Temperatur t1 nicht über eine obere Grenztemperatur von 1950 C hinaus zu steigern, womit die üblichen Kühl mittel für diese Bauteile zur Anwendung kom men können, während diese selbst dadurch Be anspruchungen unterworfen bleiben, bei de nen sie aus Werkstoffen mit normalen Eigen schaften hergestellt werden können, während die Ausbildung der Bauteile keinen wesent lichen Änderungen zu unterziehen ist. Ander seits soll ein unterer Grenzwert der Tempera tur t1 von 1400 C nach Möglichkeit nicht un terschritten werden.
Dem sich damit ergeben den Temperaturintervall von 1950 bis 1400 C herunter entspricht eine Drucksteigerung po : p1 von 1 : 4 bis 5,5. Es wird also das explosible Gemisch zwischen dem jeweils in Betracht kommenden Brennstoff und der Luft so eingestellt, dass in den Verpuffungs kammern ein Verhältnis zwischen dem Lade druck po und dem Explosionsdruck p1 von mindestens 1 :4 und höchstens 1 : 5,5 auftritt.
Neben dieser vorteilhaften Drucksteige rung wendet man eine weitere, zweckmässige Massnahme an, nämlich die Art der Ladung, die sich durch gleichzeitige Öffnung des Lade lufteinlassventils 2 und des Auslassventils 7 für die Restfeuergase aus den Verpuffungs kammern kennzeichnet. Die Spülung der Ver puffungskammern vollzieht sich dann also so, dass die etwa unter der Spannung des Feuer gasrestes bzw.
nur wenig darüber stehende Ladeluft diese Restfeuergase verdrängt, sehr im Gegensatz zu dem bekannten Nachlade verfahren, bei dem nach Schluss der beiden obenerwähnten Ventile nochmals unter höhe rem Druck stehende Nachladeluft in die Ver puffungskammern eingefühlt wird, so dass sich durch Fortfall dieser Nachladung die Möglichkeit ergibt, das vollständige Arbeits spiel durch Fortfall der zur Nachladung be nötigten Zeitspanne zu verkürzen, also die grösstmögliche Zahl von Arbeitsspielen in der Zeiteinheit abzuwickeln.
Naturgemäss sind die obengenannten hohen Radwirkungsgrade von entscheidender Wich tigkeit in bezug auf die Vereinfachung des Gesamtaufbaues der Anlage. Der erreichbare Gesamtwirkungsgrad ermöglicht es insbeson dere, ausserhalb der Verpuffungskammern, der Düsen und Beschaufelungen, das heisst also ausserhalb des Treibgaserzeugers, jede Ab wärmeverwertung, abgesehen naturgemäss von unvermeidlichen Wärmeverlusten durch Lei tung und Strahlung, zu vermeiden. Das be deutet den Fortfall aller Zwischen- und Nachkühler, weiter den Fortfall aller Abgas verwerter, die man bisher benötigte, um den thermischen Gesamtwirkungsgrad der Anlage erträglich zu halten.
Es ist bekannt, dass alle Wärmetauscher sperrig und schwer sind, so dass ihr Fortfall die Gewicht- und Raum beanspruchung einer Anlage wesentlich ver kleinert: Es besteht nunmehr die Möglichkeit, die für die Bauteile des Treibgaserzeugers un erlässliche Kühlung .dadurch zu vereinfachen, dass das Kühlmittel mit der aufgenommenen Kühlwärme entlassen wird, so dass die Rück- gewinnung,der Kühlwärme in Fortfall kommt;
sinngemäss das gleiche gilt für Rückkühlmit- tel, wenn auf die Rückkühlung des Kühlmit tels mid .Wiederverwendung des Kühlmittels nach der Rückkühlung, etwa in wasserarmen Gegenden, nicht verzichtet werden kann.
Auch die Ausströmgase werden daher mit ihrer fühlbaren Wärme abgeführt und ver wertet, ohne dass es .der Zwischenschaltung der bisher zur Verwirklichung wirtschaftli cher Wirkungsgrade, benötigten Abgasverwer ter bedarf.