DE239969C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei Kolbengasmaschinen muß man mit Rücksicht auf die Getriebe bestrebt sein, das arbeitleistende Gemisch nicht allzu schnell, explosionsartig verbrennen zu lassen. Man mildert daher die Brisanz der Explosion, indem man z. B, verhältnismäßig wasserstoffarme Gasgemische verwendet. Bei Gasturbinen dagegen entfällt diese Rücksicht vollständig, und die von den Erfindern angestellten Untersuchungen

ίο haben gezeigt, daß im Gegenteil eine möglichst. hohe Entflammungsgeschwindigkeit bei Gasturbinen von Vorteil sei.

Je höher die Entflammungsgeschwindigkeit ist, zu einer um so höheren Druckgrenze führt auch die Explosion, und ein um so größeres Wärmegefälle wird zur Ausnutzung in der Turbine frei. Außerdem ist die Ausnutzung des Gasstrahles in den Turbinenschaufeln von deren Geschwindigkeit abhängig, also wiederum von der Druckhöhe. Der eine Effekt erhöht die Wirtschaftlichkeit der Erzeugung des Wärmegefälles, der andere die Wirtschaftlichkeit .der Ausnutzung des Wärmegefälles, und beides wird durch Erhöhung der Entflammungsgeschwindigkeit gefördert.

Zur Erhöhung der Entflammungsgeschwindigkeit stehen nun verschiedene Mittel zur Verfügung; denn sie ist u. a. abhängig vom spezifischen Wärmegehalt der Gasluftmischung, von der Innigkeit der Mischung, von Temperatur . und Druck vor der Entzündung und von der Anzahl und Stärke der Zündquellen und von ihrer Lage im Räume der Explosionskammer.

Durch alle diese hiernach zu Gebote stehenden Mittel gelingt es jedoch nicht immer, eine. so hohe Entflammungsgeschwindigkeit zu erzielen, daß die Explosionslinie im Zeitdiagramm nahezu senkrecht aufsteigt. Es wurden daher weitere Untersuchungen angestellt, die das neue Ergebnis geliefert haben, daß*die Brisanz der Verbrennung auch noch wesentlich beeinflußt wird von der Bewegung, Strömung oder Wirbelung des Gasluftgemisches und von dem Verlauf der ersten Druckwelle, welche auf die Zündung unmittelbar folgt.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Brisanz der Entflammung eine um so größere wird, wenn das Gasluftgemisch vor der Zündung in lebhafte, am besten wirbelnde Bewegung versetzt ist. Dagegen ist es nachteilig, nach Einsetzen der Zündung die damit eingeleiteten Vorgänge zu.stören.

Zwischen dem Zeitpunkt der Zündung und dem Zeitpunkt der eigentlichen Verpuffung verstreicht nämlich eine, bestimmte Zeit (etwa 0,03 bis 0,10 Sek.), während welcher die an- ' scheinend katalytisch vor sich gehende Reaktion (Verpuffung) vorbereitet wird. Man muß nun bestrebt sein, zu vermeiden, daß durch irgendeine Störung in den verschiedenen Teilen des Gemisches die eigentliche Verpuffung zu verschiedener Zeit eintritt, wodurch natürlich der durch die Explosion hervorgerufene Druck herabgesetzt würde.

Störungen während dieser kritischen Zeit können z. B. durch vorzeitiges übermäßiges

Öffnen des Düsenventils, durch Öffnen des Gas- oder Luftventils oder durch Bewegungswiderstände beim Öffnen des Düsenventils verursacht werden.

Was den Einfluß der. ersten bei der Zündung auftretenden Druckwelle betrifft, so sei bemerkt, daß durch den Zündfunken unmittelbar eine leichte Druckwelle hervorgerufen wird; welche je nach der Ausbildung der Explosionskammerwände gehemmt oder zurückgerufen werden kann und dann das Fortschreiten der Initialzündung verzögert. Sie ist imstande, die spontane Verpuffung des Gemisches zu vereiteln, gleichgültig wie gut die Mischung und wie günstig die anderen, den Verbrennungsvorgang begünstigenden Faktoren sind.

Umgekehrt gelingt es, durch Berücksichti-. gung der oben neu genannten, die Güte der Zündung beeinflussenden Faktoren stets eine sehr große, also vorteilhafte Entflammungsgeschwindigkeit zu erzielen, wenn gemäß der Erfindung dem Gemisch vor der Zündung eine gewisse Bewegung erteilt und andererseits verhindert wird, daß die erste der Zündung unmittelbar folgende Druckwelle zu kräftig zurückgeworfen werden kann.

In welcher Weise diese Aufgabe praktisch einfach gelöst werden kann, soll in nachstehendem erläutert werden.

Für die Betriebssicherheit der Gasturbine ist es unbedingt erforderlich, daß explosibles Gemisch sich nirgends anders befindet als in dem besonders bestimmten und gebauten Explosionsraum. Man^ darf also den Explosionsraum weder

von vornherein mit explosionsfähigem Gemisch beschicken, das außerhalb dieser Kammer hergestellt wurde, noch darf man unverbranntes Gemisch in die Turbinenkammer eintreten lassen, sondern es ist geboten, das explosionsfähige Gemisch in der Explosionskammer selbst zu bilden, indem man zunächst reinigende und kühlende Luft durchblasen läßt und dann in die luftgefüllte Explosionskammer den Brennstoff einführt, ihn mit der Luft mischt und die etwa nicht mit Brennstoff vermischte Luft entfernt, am besten durch das die Explosionskammer mit der Turbinenkammer verbindende, sogenannte Düsenventil.

Der Druck, mit welchem dieses Düsenventil (natürlich entgegen der Richtung der ausströmenden Gase) auf seinen Sitz gedrückt wird, spielt nun eine große Rolle. Ist das Ventil starr mit einer Steuerung verbunden, so ist es so gut wie unmöglich, das Ventil genau in dem Zeitpunkt öffnen zu lassen, in weichem es von der ersten Druckwelle erreicht wird. Öffnet es zu früh, so gelangt ein Teil des Gasgemisches in den Turbinenraum, so daß dann zu beiden Seiten des Turbinenrades oder wenigstens der Düse Verbrennung und Drucksteigerung stattfindet. Abgesehen davon, daß dies nur eine besonders starke Konstruktion aushalten kann, treten dabei natürlich Energieverluste ein. Öffnet das Ventil dagegen zu spät, so kann die erste der Zündung folgende Druckwelle nicht ungehindert fortschreiten; sie wird anscheinend zurückgeworfen und kann, wie aufgenommene Diagramme erkennen lassen, die Flamme auslöschen.

Besser ist es, man verwendet zum Abschluß der Explosionskammer gegen die Turbine hin ein nicht starr festgehaltenes Ventil, sondern ein Ventil, das durch den Druck der Verbrennungsgase gelüftet werden kann. Auch ein solches Ventil kann aber dem Lüften entweder einen zu kleinen oder einen zu großen Widerstand entgegensetzen, und es treten dann die vorhin erwähnten Erscheinungen auf.

Gemäß der Erfindung wurde es für das Zweckmäßigste gefunden, daß das Düsenventil gerade mit einer solchen Kraft auf seinen Sitz aufgedrückt wird, daß es bei voller Gemischladung der Explosionskammer vor der Zündung gerade auf seinem Sitz vibriert. Dann befindet sich die Ladung der Explosionskammer bei Eintritt. der Zündung in einem die Geschwindigkeit der, Entflammung sehr begünstigenden Bewegungszustand, und die erste Druckwelle kann ungehindert über das Ventil hinwegschreiten. Die Entflammungsgeschwindigkeit und dadurch die Wirtschaftlichkeit des Verbrennungsvorganges wird somit in zweifacher Weise durch ein praktisch einfaches Mittel gefördert. ■ .

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Mit Einzelexplosionen arbeitende Gasturbine, bei welcher der oder die Explosionsräume mit dem Leitapparat über selbst- tätig vom Druck der Verbrennungsgase aufzustoßende Ventile in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft dieser Ventile gleich oder annähernd gleich dem Ladedruck in den Explosionsräumen gewählt ist.