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Gasturbine mit Freiflugkolbenverdichtern. Bekannt ist, Treibgase für
Gasturbinen herzustellen durch Freiflugkolbenverdichter, bei denen in dem Verdichterzylinder
zuerst ein Gas-Luft-Gemisch angesaugt,dann verdichtet und zur Zündung und Explosion
gebracht wird, danach die Explosionsbase zur Turbine geleitet werden, so daß hierbei
Ansaugen von Luft und Gas, Verslichten, Explosion in ein und demselben Raum unter
starker äußerer Wasserkühlung stattfinden.
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Die Freifugkoilben führen nun in der Zeiteinheit eine große Anzahl
von Hüben aus. Es werden also in dem Zylinder in kurzer Zeit eine sehr große Anzahl
von Explosionen
aufeinanderfolgen, die sehr hohe Temperaturen entwickelnSt
Starker Schmierölverbrauch, giroße Kühlwassermengen, geringer Verdichtungs- und
Arbeitsdruck und bedeutende Wärmev erhrste durch das Kühlwasser, daher großer Brennstoffverbrauch,
sind Mängel der bisher bekannten Ausführungsformen der Gasturbilen mit Freiflugkalbenverdiohtern.
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Die vorliegende Erfindung soll nun die geschilderten Nachteile beheben.
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Sie besteht darin, daß der Verbrennungs-oder Explosionsraum vom Verdichter
getrennt, aber mit ihm durch eine ständig offene Leitung verbunden ist. Hierdurch
soll die Külllwassermenge des Verbrennungsraumes und des Zylinders gespart und somit
der größte Teil der mit diesem albgehenden Wärme erspart und gleichzeitig eine bessere
Schmierung des Kolbens ermöglicht werden.
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Der Explosionsraum wird nach jeder Explosion mit kalter, unter Druck
stehender Frischluft ausgespült und dann mit dieser unter hohen Druck gesetzt. Hierbei
füllt sich auch das Verbindungsrohr und ein gewisser Teil des Verdichterzylinders
(unter Verschiebung des Kolbens auf ein dem Gegendruck entsprechendes Maß) mit dieser
kalten Preßluft. Es ist also bei der nunmehr im Verbrennungsraum folgenden Explosion
den Explosionsgasen nach dem Verdichterzvlinder hin ein-Luftkissen von niederer
Temperatur vorgeschaltet, das verhindert, daß die Verbrennungsflamme mit der höchsten
Verbrennungstemperatur mit demn Verdichterkolben rund der Zylinderwand in unmittelbare
Berührung kommt.
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Die Erfindung ist nun in Abb. I und 2 im zwei Ausführungen schematisch
dargestellt. Die Ausführung nach Abb. I besteht aus dem Druckkessel 6 für Prelluft,
der durch den Freiflugkolbenverdichter 3 unter hohem Druck gehalten wird, dem kleineren
Druokkessel 8 für Brennstoff mit der Freiflugkolbenpumpe 7, den beiden Verbrennungs-oder
Explosionskammern i und 2, die in dauernd offener Verbindung stehen mit den Freiflugkolbenzylindern
für Luft- und Brennstoff, und dem Gasturbinenrad 9.
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Die Ventile c1 c2 d1 d2, f1 f2, g1 g2 sind selbsttätig arbeitende
Rückschlagventile. Die Ventile e1 e2, m1 va2 n1 n2 werden von der Steuerung zwangläufig
geöffnet und ,geschlossen.
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Die Wirkungsweise der in Abb. I schematisch dargestelten Gasturbine
ist nun die folgende. _ Die in der Verbrennungskammer i erzeugten hochgespannten
Gase können, weil das Ventil n1, das den Austritt derselben nach der Turbine 9 regelt,
noch geschlossen ist, und weil die Einlaßventile e1 und m1 für Preßluft unl Brennstoff
ebenfalls geschlossen sind, nur durch das offene Rohr hl in ,den Zylinder d. des
Verdichters 3 ,und durch das offene Rohr h in den Zylinder der Brennstoffördereinrichtung
7 austreten. Sie treiben daselbst sowohl den Kolben a1-b-a2 des Zylinders 4, 3,
5 als auch den Kolben i1 h-i2 des Zylinders 7 in der Richtung von links nach rechts.
Bei diesem gemeinsamen, gleichgerichteten Arb eitsgang von links nach rechts (von
i nach 2) wird lurch den Kolben b auf der linken Seite durch las Saugventil c1 Luft
angesaugt, ,auf der rechten Seite hingegen die bereits vorher durch das Saugventil
c2 angesaugte Luft verdichtet und in der Endstellung des Kolbens b (rechts) durch
das Druckrückschlagventil d2, gekühlt oder urgekühlt, in ,den Preßluftbehälter 6
gedrückt. Ebenso wird in der Brennstoffpumpe 7 von dem Kolben i1 durch das Saugventil
f1 Brennstoff angesaugt und mit dem Kolben i2 der vorher durch das Saugventil f2
angesaugte Brennstoff durch das Rückschlagventil g2, gekühlt oder urgekühlt, nach
demBrennstoffdruckbehälter8 gefördert.
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,Es wird angenommen, daß sowohl der Luftbehälter6 als auch der Brennstoffbehälter
8 verhältnismäßig groß 'sind und ,unter bestimmten Überdrücken stehen, so daß der
Druck in diesen beiden Behältern 6 und 8 bei Entnahme der Füllung für I und z nur
in engen Grenzen schwankt.
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Durch geeignete Steuerung gelangt nunmehr die Druckluft aus dem Behälter
6 durch das gesteuerte Ventil e2 nach ,dem Verbrennungsraum a, diesen unter höheren
Druck setzend. Hierauf wird durch das gesteuerte Brennstoffeinlaßventil m3 der Brennstoff
in bestimmter Menge aus dem Druckbehälter 8 in die Verbrennungskammer 2 eingeführt,
daselbst mit der vorher eingelassenen hochgespannten Luft langsam verbrannt oder
mit der Luft gemischt zur Explosion gebracht.
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Die nunmehr sehr hochgespannten Verbrennungsgase in der Kammer 2 ,drücken
zunächst wieder, da das gesteuerte Auslaßventil n2 den Austritt derselben nach der
Turbine 9 noch absperrt und auch die gesteuerten Einlaßventile e2 und m2 für Luft
und Brennstoff ,wiedergeschlossen sind, durch das offene Verbindungsrohr h2, auf
den Arbeitskolben a. des Zylinders 5 des Luftverdichters 3 und ebenso durch ,das
offene Verbindiungsrohr 1, auf den Kolben h der Brennstoffpumpe 7,
indem sie !beide Kolbensysteme a,-b-a, und i, -h-i, von rechts nach links zurückbewegen,
wobei der :Kolben b durch das Einlaßnentil c2 Luft ansaugt und ,durch *das Rückschlagventil
d, die vorher angesaugte Luft, gekühlt oder umgekühlt, nach dem Preßluftbehälter
6 fördert, während :der Kolben i4
durch das Einlaßventil
f2 Brennstoff ansaugt und der Gegenkolben i1, durch das Rüakschlagventil g1 den
vorher angesaugten Brennstoff, gekühlt oder umgekühlt, nach dem Druckbehälter 8
schafft.
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Gleichzeitig schieben aber bei dieser Bewegung von rechts nach links
(von 2 nach I) die Kolben a1 und h die Verbrennungsgase, die vorher aus der Kammer
I auf diese drückten, wieder nach der Kammer I durch die offenen Verbindungsrohre
k1 und l1 zurück.
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Dieses Hinausschieben sowohl als überhaupt die ganze Bewegung von
rechts nach links wurde nur dadurch möglich, daß die Steuerung vor der Entzündung
des Brennstoffes in der Kammer 2 las Auslaßventil n, der Kammer I öffnete, wodurch
die hochgespannten Verbrennungsgase der Kammer I nach der Turbine 9 entweichen konnten.
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Durch dieses Ausströmen der Gase sank die Spannung in der Kammer I,
während die Spannung in der Kammer 2 durch Entzündung der Ladung in derselben stieg.
Die Kolbensysteme a1-b-a2 und i1- h-i2 drücken nun bei ihrer Verschiebung von rechts
nach links (von 2 nach I) die im Zylinder d und in der Brennstoffplumpe 7 noch befindenden
Verbrennungsgase nach der Kammer I zurück, von wo aus die Gase dann ebenfalls nadh
der Turbine 9 expandieren, um Kraft an das Turbinenrad abzugeben.
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Diese durch die Expansion bereits auf ein gewisses Maß heruntergekühlten
Gase sowie die ein »Luftkissen von niederer Temperatur« bildende Preßluft aus den
Zylindern 4 und 7 (Abb. I) und denVerbindungsrohren k1 und h werden nun beim Hindurchtreiben
durch die Verbrennungskammern I und 2 erwärmt, und es wird so ein Teil der Wärme
der Verbrennungskammer im Turbinenrad in Arbeit umgesetzt. Gleichzeitig wird auf
diese Weise eine innere Kühlung des Verbrennungsraumes erreicht.
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Bevor neun das Ventil il wieder geschlossen wird, öffnet die Steuerung
das Lufteinlaßventil cl, um die Kammer I in der Richtung nach der Turbine 9 auszublasen.
Dann wird das Ventil ml geschlossen und Ventil n2 geöffnet, Ventil e1 nach Füllung
der Kammer I mit Preßluft aus 6 geschlossen, Brennstoff durch Ventil ml aus 8 zugeführt
und zur Entzündung gebracht, wodurch der Druck in der Kammer I steigt, während er
in der Kammer 2 sinkt, und die Kolbensysteme a, ab-a2 und i, -h-i2 wieder von links
nach rechts (von I nach 2) getrieben werden.
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So wird das Arbeitsspiel ständig zwischen len Kammern I und 2 wechseln,
und die Turbine g wird abwechselnd durch die Verbrennungsgase aus diesen Kammern
I und 2 Antrieb erhalten. ° Beim Stillsetzen dieser hier beschriebenen Gasturbine
bleiben die Behälter 6 und 8 unter Kompressionsdruck, so daß die Turbine durch Verbindung
dieser Behälter mit den Kammern I und 2 sofort wieder ohne besondere Schwierigkeiten
in Betrieb gesetzt werlen kann.
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Kinoweitere Ausführungsform zeigt Abb. 2. Hier ist an Stelle der beiden
einsfach wirkenlen Zylinder 4 und 5 (Abb. I) ein doppelt wirkender Zylinder 4 gesetzt,
dessen Kolben az mit dem doppelt wirkenden Kolben b und dem doppelt wirkenden Kolben
i ein durch die geneinsame Kolbenstange starr verbundenes Freiflugkolbensystem bildet.
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Um das stoßweise Arbeiten gleichmäßiger zu gestalten, sind in Abb.
2 noch weitere Verbrennungs- oder Explosionskammern io bis II angebaut, die dann
ebenfalls von den Behältern 6 und 8 mit Luft und Brennstoff versehen und zwischen
den Auspuffzeiten von I und 2 nach der Turbine 9 entladen und deren Ventile e10
e11 m10-m11, n10 nl1 ebenfalls durch die Steuerung bedient werden.