DE287983C

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Publication number: DE287983C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 287983 KLASSE 46 d. GRUPPE

FELIPE GÖMEZ HUMÄRAN in BILBAO, Spanien.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Oktober 1912 ab.

¹ . . ° oo ο 14. Dezember 1900

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung und Anwendung eines Triebmittels für Gasturbinen, wobei ein freifliegender Flüssigkeitskolben als Verdichterkolben wirkt.

Gemäß der Erfindung wird in einer Vorrichtung, welche mit einem aus einer schweren hin und her gehenden Flüssigkeit bestehenden Kolben versehen ist, unmittelbar nachdem eine Explosion in der Verbrennungskammer erfolgt ist, ein Teil der Gase in die Turbine übergeführt, während die übrigen Gase aufeinanderfolgend ■ in einer oder mehreren Stufen in die Turbine eingeführt werden, welche mit verschiedenen Drücken arbeiten und aus einem, zwei oder mehreren Teilen bestehen kann.

Nach der Erfindung wird der freifliegende Kolben auch doppeltwirkend ausgeführt, werden mehrere Zündkontakte in verschiedenen Höhenlagen der Verbrennungskammern eingebaut und werden die Einlaßventile durch den Kolben elektrisch beeinflußt.

Die Erfindung ist auf den Zeichnungen veranschaulicht.

25, Die Fig. 1 und 2 zeigen die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt einer Vorrichtung zur vollkommeneren Ausnutzung der durch die Explosion erzeugten Wärme.

Fig. 4 zeigt teilweise in einem Schnitt und teilweise in einer Ansicht die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung auf eine Vorrichtung, deren Zyklus aus zwei Hüben besteht.

Die in der Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung besteht aus zwei H-röhrenförmigen Kammern α und b, welche durch eine dazwischenliegende Röhre c miteinander verbunden sind. Die Röhre c und die Teile der Kammern a und b enthalten den Flüssigkeitskolben (z. B. eitfe Metallmasse, welche aus Quecksilber, Schroten, Kugeln oder aus Vereinigungen derselben besteht).

Der obere Teil der Kammer α bildet eine Verbrennungskammer, ähnlich wie die Explosionskammcr einer Explosionsmaschine. Diese Kammer α ist mit einem oder mehreren Einlaßventilen d und mit einer Reihe von Auslaßventilen e und e¹, f, f und f¹ versehen. Wird angenommen, daß sich in der Kammer a eine Ladung einer explosiven Mischung befindet, welche durch das größere Gewicht der

Metallmasse in der Kammer b verdichtet wird, so sind alle Ventile geschlossen. .Wenn die Metallmasse in der Kammer α ihre höchste Lage erreicht, wird ein elektrischer Kontakt bei g geschlossen, wodurch ein elektrischer Stromschluß entsteht, der eine Explosion der Ladung infolge von elektrischen Funken bewirkt. Der durch die Explosion hervorgebrachte Stoß bewirkt, daß die Metallmasse in

ίο der Kammer α sinkt und in der Kammer b ansteigt, welche offen oder geschlossen ist. Hierbei wird zuerst die erste Reihe der Auslaßventile geöffnet. Es öffnen sich zunächst die ■ Ventile e¹, welche verhältnismäßig schwer sind, sich senken und durch ihr Eigengewicht sich öffnen, wenn auf diese Ventile durch die Metallmasse kein Druck mehr nach aufwärts ausgeübt wird. Alsdann werden die gewichtsbelasteten Ventile e durch den hohen Druck geöffnet. Beim Öffnen der Ventile β und e¹ werden die Gase, welche einen Überschuß von Energie in der eingezogenen Ladung enthalten, in die Turbine unter einem hohen Drucke durch das Rohr h eingeführt. Die Ventile e sind so bemessen, daß sie sich schließen, wenn der Druck in der Explosionskammer unter einen gewissen Betrag fällt. Wenn sich die Metallmasse in der Kammer α weiter senkt, werden die Ventile f¹ freigelegt, so daß sich diese Ventile f¹ in derselben Weise wie die Ventile e¹ unter der Wirkung ihres Eigengewichts öffnen. Der in der Kammer α befindliche Druck ist alsdann noch hoch genug, um die Ventile f nach auswärts zu öffnen, worauf ein weiterer Betrag der Gase durch die Röhre h¹ zu einem anderen Teile der Turbine geführt wird. Diese durch die Röhre h¹ strömenden Gase haben einen niedrigeren Druck als die durch die Röhre h zu der Turbine geführten Gase. Die Ventile f sind in ähnlicher Weise wie · die Ventile e so bemessen, daß sie sich selbsttätig schließen, wenn der Druck in der Kammer a um einen bestimmten Betrag sinkt. Dieser Druck, bei dem die Ventile f sich schließen, ist natürlich niedriger als der Druck, bei dem sich die Ventile e selbsttätig schließen. Die Metallmasse senkt sich nun in der Kammer α weiter, während sie in der Kammer b ansteigt, bis der auf die Metallmasse übertragene Stoß erschöpft ist. Die Bewegung der Metalhnasse erzeugt in Verbindung mit dem Auslaß der Gase in der Kammer α ein gewisses Vakuum, so daß das Ventil e geöffnet wird, um den Eintritt einer neuen Ladung des explosiven Gemisches in die Kammer α zu ermöglichen. Wenn die Metalhnasse nun in der Kammer b sich unter der Wirkung ihres Eigengewichtes wieder senkt, und in der Kammer a wieder ansteigt, so wird zunächst ein Teil der Verbrennungsgase durch die Ventile f¹ und f und durch das Rohr h¹ zu den mittleren Schaufeln der Turbine geführt. Wenn nun die Metallmasse in der Kammer α weiter ansteigt, wird die in die Kammer α eingezogene neue Ladung der explosiven Mischung verdichtet, und erreicht die Metallmasse die Höhe des Kontaktstückes g, so wird ein elektrischer Stromschluß erzeugt und eine Entzündung der Ladung durch elektrische Funken bewirkt. Dieser Kreislauf wiederholt sich.

Die Vorrichtung kann doppeltwirkend sein. Eine derartige Vorrichtung ist in der Fig. 2 veranschaulicht und bildet einen doppelten Verdichter, welcher zwei Verbrennungskammern besitzt. In Fig. 2 ist jene Lage der Metallmasse dargestellt, bei welcher dieselbe in der Kammer α ihre höchste und in der Kammer b ihre niedrigste Stellung erreicht hat. In der Kammer α befindet sich eine Ladung der explosiven Mischung, welche bereits verdichtet ist. In dem oberen Teile der Kammer b befindet sich eine Ladung der explosiven Mischung, welche gerade durch das Ventil D eingezogen worden ist, während sich in dem unteren Teile der Kammer b noch ein Teil der Verbrennungsgase der vorherigen Ladung befindet. Wenn die in der Kammer α befindliche Mischung verdichtet wird, wird ein ähnliches Ergebnis erzielt wie in der Vorrichtung gemäß der Fig. 1. Die Metallmasse steigt in der Kammer b (Fig. 2) und treibt die Rückstände der verbrannten Gase durch die Ventile f¹ und f aus. Alsdann werden die Ventile f¹ durch den nach aufwärts gerichteten Druck der Metallmasse geschlossen, worauf die in dem oberen Teile der Kammer b befindliche Masse verdichtet wird. Gleichzeitig erfolgt auch das Schließen der Ventile e¹. Wenn die Metallmasse in der Kammer b ihre Höchstlage erreicht, so. wird eine Explosion der verdichteten Gase hervorgebracht. Die Metallmasse bewegt sich dann nach der entgegengesetzten Richtung, wobei die Gase mit höherem Druck durch die Ventile e¹ und e ausgetrieben werden. Die Ventile e schließen sich, wenn der Druck in der Kammer b um einen gewissen Betrag gesunken ist. Die Expansion der in der Kammer b verbleibenden Gase setzt sich beim weiteren Sinken der Metallmasse fort, worauf die Ventile f¹ und f geöffnet werden, um einen Teil der Gase entweichen zu lassen. Alsdann schließen sich wieder die Ventile f, die Expansion der übrigbleibenden Gase hört auf, und es wird eine neue Ladung der verdichteten Mischung durch das Ventil d in die Kammer & eingesaugt.

Das sich mit der hin und her gehenden Masse bewegende Wasser wird ununterbrochen verdampft und muß wieder ersetzt werden. Da. es zweckmäßig ist, den Spiegel dieses

Wassers zu verändern, wodurch das Volumen der Verbrennungskammern geändert wird, entsprechend den verschiedenen Erfordernissen, werden isolierte Kontakte in verschiedenen Höhen angeordnet, welche durch die Wirkung des Turbinenreglers ausgewählt werden können, um die Elektromagneten zur Wirkung zu bringen, welche die Ventile der Speiseeinrichtung mehr oder weniger offen oder vollkommen geschlossen halten. Durch diese Elektroden wird der Wasserspiegel in der gewünschten Höhe gehalten. Zur Beseitigung der Rückstände in den Verbrennungskammern α und b sind zweckmäßig an den unteren Teilen dieser Kammern Rcinigungsöffnungen I vorgesehen.

In der Fig. 4 befindet sich der Kolben m in seiner äußersten linken Lage. Infolgedessen nimmt die hin und her gehende Wassermasse in der Verbrennungskammer α ihre höchste Lage ein. Hierbei füllt das Wasser die Verbindungsröhren /² und den Raum i² bis zu dem Niederdruckventil e². Ferner füllt auch das Wasser die Röhren j¹ aus, so daß das Mi'tteldruckventil e¹ bedeckt wird.

Wenn bei dem Höchstdruck in der Verbrennungskammer der Brennstoff in dieselbe eingeführt wird, wird das Hochdrückventil e geqffnet und eine Menge der heißen Gase in den Behälter i eingeführt.

Die hin und her gehende Säule sinkt in der Verbrennungskammer α, wodurch die Verbindungsröhren j¹ freigelegt werden. Hierauf wird das Mitteldruckventil e¹ geöffnet, bis der Druck auf einen Minimalwert gesunken ist.

Die Gase gelangen alsdann durch das Ventil e¹ in den Behälter i¹. Wenn nun die hin und her gehende Säule weiter sinkt, werden die Verbindungsröhren /² freigelegt. Durch diese Röhren und die Kammer i^% werden alsdann die übrigen Gase durch das Niederdruckventil e² in ^kdie Turbine geführt. Zu dieser Zeit ist in der Verbrennungskammer α ein Vakuum erzeugt worden, wodurch das Lufteinlaßventil p geöffnet wird, so daß frische Luft in die Verbrennungskammer einströmt. Durch das Luftventil p wird gleichzeitig der zu ersetzende Wasserbetrag eingeführt. Hierdurch wird jene Wassermenge ersetzt, welche verdampft und mit den Gasen hinweggeführt worden ist.

Wenn die Vorrichtung angelassen wird, werden die Hochdruckgase in dem Behälter i aufgespeichert, bis der Druck in demselben die erforderliche Höhe erreicht. Ähnlich ist die Wirkung in dem Mitteldruckbehälter i¹. Der in dem Dampfkessel k erzeugte Dampf entfernt sich durch ein Rohr h°, welches das Rohr h umschließt.

Die Regelung der Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Belastung der Turbine kann

durch Änderung des Betrages des eingespritzten j Brennstoffes erfolgen. Hierdurch kann die Geschwindigkeit des Verdichters vermindert, werden, so daß dieser in bezug auf die Schwankungen der Belastung der Turbine sehr empfindlich wird.

. Bei den üblichen Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung wird die volumetrische Leistungsfähigkeit auf den Luftinhalt der Verbrennungskammern bei Atmosphärendruck beschränkt. Bei den gewöhnlichen Verbrennungskraftinaschinen kann diese volumetrische Leistungsfähigkeit nicht anders sein, da, selbst wenn die Einführung der Ladung bei Atmosphärendruck erfolgt, der Austritt bei einsm höheren Druck stattfindet, wodurch ein Verlust entsteht, welcher erhöht wird, wenn der Eintritt der Ladung bei einem höheren Druck erfolgt. Bei der Erfindung ist dieser Nachteil vermieden, und zwar infolge des vorzeitigen Auslasses der Gase und ihrer Zuführung zu der Turbine. Infolgedessen kann der Eintritt der Ladung bei einem höheren Druck erfolgen, und zwar ohne Nachteil in bezug auf die thermische Leistungsfähigkeit und mit einem Gewinn in bezug auf die volumetrische Leistungsfähigkeit. Wenn z. B. bei einer Vorrichtung gemäß der Fig. 4 die Luft vor ihrem Eintritt in die Vorrichtung auf zwei, drei oder mehr Atmosphären verdichtet wird, so wird die durch die Vorrichtung erzeugte und in der Turbine verwendbare Kraft in demselben Verhältnis vergrößert. Es empfiehlt sich dann die Vorschaltung eines Kreiselverdichters auf der Verlängerung der Turbinenwelle.

Der Luftverdichter q wirkt als Druckluftmaschine und dient zum Anlassen. Dieser Verdichter trägt gleichzeitig zur Erniedrigung der Geschwindigkeit bei, wenn er Luft verdichtet, während er die Geschwindigkeit beschleunigt, wenn er als Druckluftmaschine zur Wirkung kommt, q² ist der Kolben des Verdichters.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch für einen pulverförmigen Brennstoff, beispielsweise für Kohlenstaub, angewendet werden.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Explosionsgaserzeugcr für Gasturbinen mit freifliegendem Flüssigkeitskolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Explosionsgase unter Verschiebung des Kolbens nacheinander zu verschiedenen Stufen der Turbine gelangen.

2. Erzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die sich hin und her bewegende Masse in zwei Verbrennungskammern (α und b) Gasgemische verdichtet und entzündet werden, um alsdann zu der Turbine geleitet zu werden (Fig. 2). iao

3- Erzeuger nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere isolierte, in verschiedenen Höhenlagen in den Verbrennungskammern angeordnete Kontakte (g) für die Zündung angewendet werden.

4. Erzeuger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile unter Vermittlung von Elektromagneten in Bewegung. gesetzt werden, wobei die elektrischen Stromkreise für die Elcktromagnete durch den Kolben geöffnet und geschlossen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.