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Einrichtung zur Zuleitung von Lade- oder Aufladeluft oder Brennstoffluftgemischen
zur Brennkammer von Brennkraftturbinen Zur Vermeidung der gefährlichen Auswirkungen
von Frühzündungen in Gaswegen, die zur Aufnahme von Drücken, wie sie sich bei derartigen
Frühzündungen einstellen, nicht geeignet sind, hat man bei Iiolbenbrennkraftmaschinen
vor die gefährdete Stelle ein oder mehrere Rückschlagv entile geschaltet. Einer
Übertragung dieser bekannten Maßnahme auf die Gaswege der Brennkraftturbine, wie
sie insbesondere der Zuführung von Lade- und Aufladeluft oder Brennstoffluftgemischen
(Iiohlenstaubluftgernischen) zur Brennkaininer dienen, stände nichts im Wege, wiese
nicht das Rückschlagventil die Nachteile auf, daß es verhältnismäßig träge anspricht
und als Ventil, dessen Wirksamkeit stets von der Bewegung einzelner Teile abhängt,
keine unbedingte Sicherheit gewährt.
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Durch vorliegende Erfindung sollen diese hbelstände beim Brennkraftturbinenbetriebe
vermieden werden. Die Erfindung besteht darin, daß in den Gasweg in der Strömungsrichtung
sich verjüngende Düsen geschaltet «-erden. Hierdurch wird der Vorteil erreicht,
daß die durch die Düsen strömenden Gase in der einen Richtung keinen nennenswerten
Widerstand finden, bei umgekehrter Strömungsrichtung aber, wie sie bei Früliziindung
auftritt, insbesondere bei scharfkantiger Nusführung der Düsenmündung eine so beträchtliche
Stauung erfahren, daß die Strömung der Gase verzögert und gebremst wird, wodurch
der Gaszufuhrraum vor zu hohen Drücken geschützt wird. Diese Bremswirkung ist um
so stärker, j e größer die Geschwindigkeit der durch die Düsen strömenden Gase ist.
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Durch Hintereinanderschalten mehrerer sich verjüngender Düsen in der
Strömungsrichtung kann die Bremswirkung gesteigert werden. Es bilden in diesem Falle
die zwischen den Düsen eingeschlossenen Räume Bremskammern, da diese Räume dem Querschnitt
der sie abschließenden Düse gegenüber ein starke Erweiterung darstellen, in der
eine Verringerung der in der vorgeschalteten Düse in Geschwindigkeitsenergie umgesetzten
Druckenergie durch Wirbelungen eintritt. Schließt sich eine Düsenwandung unmittelbar
an die der folgenden Düse an, so weisen beide Düsen vorteilhaft eine gemeinsame,
in der Strömungsrichtung liegende Achse auf, so daß die nachgeschalteten Düsenräume
selbst Bremskammern darstellen.
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Um durch die Düseneinbauten den freien Gasstrom nicht unnötig zu behindern,
werden zweckmäßig mehrere Düsen nebeneinander angeordnet, ohne daß die Erfindung
auf diese N ebeneinanderschaltung mehrerer Düsen beschränkt bleibt. So können die
Düsen reihenweise in einer oder mehreren unter sich konzentrisch angeordneten Büchsen
vorgesehen sein, welche den Ventilkorb des Einlaßventils zur Brennkammer bilden;
eine derartige Anordnung beansprucht wenig Platz.
Wie schon oben
ausgeführt wurde, können durch Hintereinanderschalten mehrerer Diisen in Strömungsrichtung
beliebig viele Bremsstellen und Bremskammern gebildet werden: es steht aber auch
nichts im Wege, im Gasstrom vor die Düse oder die Düsen zur weiteren Sicherung ein
Rückschlagventil züi schalten, welches den Vorteil gewährt, daß es die im Gasstrom
vor ihm gelegenen Zufuhrräume bei seiner Betätigung abriegelt, ohne daß der \l achteil
entsteht, daß die wirksame Druckwellendämpfung allein von ihm abhängig ist. Immerhin
wird es zweckmäßig sein, den vor den Düsen im Turbinengehäuse liegenden Gaszufuhrraum
durch kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Querschnitt drucksicher auszugestalten.
In den Fällen, in denen sich diese kreisförmige Ausgestaltung nicht ohne Überwindung
von Schwierigkeiten oder ohne Eintritt von Nachteilen Jurchführen läßt, kann die
Anordnung auch so getroffen werden, daß die Gasleitung außerhalb des tragenden Turibinengehäuses
als' besondere, zweckmäßig schmiedeeiserlie Rohrleitung verlegt ist und die Verbindung
zwischen Rohrleitung und Verwendungsstelle durch kurze Rohrstutzen hergestellt wird.
Diese Anordnung gewährt den Vorteil drucksicherer Querschnitte in den Gaszufuhrräumen,
ohne die durch andere Rücksichten bestimmte' Formgebung derselben stören zu müssen.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens,
und zwar gibt Abb. i einen senkrechten Schnitt durch (las Ladeventil und die zu
ihm führenden Luftzufuhrwege einer Brennkraftturbine wieder, Abb. z stellt dieselbe
Anordnung mit Verlegung des Luftweges in Rohre, Abb. 3 eine ähnliche Anordnung mit
Vorschaltung eines Rückschlagv entils und Abb. .I schließlich die Wirkung von Düsen
und Düsenkammern dar.
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In allen Abbildungen bezeichnet a die Brennkammer der Brennkraftturbine,
in die mittels des gesteuerten Ladeventils b Luft eingeladen werden soll. Im ungeöffneten
Zustand des Ventils werden die vor ihm liegenden Zufuhrräume durch Schluß des Ventiltellers
b' im Ventilsitz c von der Brennkaminer a abgeschlossen. Üblicherweise soll dieser
Schluß beim Beginn der Verbrennung durchgeführt sein. Es kann jedoch vorkommen,
(laß der Ventilteller b' aus den verschiedensten Gründen beim Beginn der Verbrennung
noch nicht schließend an seinem Ventilsitz c anliegt, so daß der Zünddruck in die
Zufuhrräume gelangt. Um die schädlichen Auswirkungen dieses Zündstoßes, der insbesondere
auch bei Frühzündungen auftreten kann, für die zur Aufnahme der ihn begleitenden
Druckwelle nicht geeigneten Teile des Luftweges zu beseitigen, ist der Ventilkörper
b konzentrisch von mehreren ineinandergeschachtelten Büchsen dj, dz korbartig umgeben.
In den Büchsen sind Düsen (1, ', d.; vorgesehen, die sich in Strömungsrichtung
der Zufuhrluft verjüngen und in Al,-b. 4 eine vergrößerte Darstellung erfahren haben.
Diese Abbildung zeigt in ihrer linken Hälfte, daß der durch die Düsen streichende
Gasstrom kein nennenswertes Hindernis erfährt; insbesondere kann durch die in Abb.
i gezeigte reihenweise Nebeneinanderschaltung der Düsen der Dur chtrittsquerschnitt
sämtlicher Düsen so groß gehalten werden, daß er dem Eintrittsquerschnitt des zum
Ventilkasten f führenden Luftstutzens e entspricht. Anders aber liegen
die Verhältnisse, wenn eine Druckwelle über das geöffnete Ventil b in die Luftzufuhrräu.me
gelangt. Abb.-I zeigt in_ der Darstellung- rechts, daß die scharfen Kanten d," .der
Düsen dj' zunächst eine kräftige Zusammenziehung der auftreffenden Gaswelle vornehmen;
die geringe, mit großer Geschwindigkeit in die Düsenkammer du gelangende Gasmenge
prallt gegen die vorstehenden Wandungen der Büchse d" so daß Wirbelungen einsetzen,
welche die Geschwindigkeitsenergie der in die Kammer di gelang-ten- Gasmenge zum
Teil vernichten. Soweit die Geschwindigkeitsenergie nicht vernichtet worden ist,
hat sie sich durch Ausdehnen in der Erweiterung di wieder in Druckenergie umgesetzt
und diese Druckenergie findet eine zweite Umsetzung in Geschwindigkeitsenergie beim
Eintritt in den Düsenraum d,'. Durch Zusammenziehung an den scharfen Kanten d2"
findet wieder ein weiterer Energieverlust statt, so daß der in der Erweiterung d,'
in Druckenergie umgewandelte Energierest so gering ist, daß er zur Entfaltung schädlicher
Auswirkungen nicht mehr ausreicht. Werden diese Auswirkungen aber durch Wahl sehr
hoher Verbrennungsdrücke in der Brennkammer zu kräftig, um sie bei der üblichen
Ausführung der Gaszufuhrwege von diesen aufnehmen zu lassen, so steht nichts im
Wege, eine dritte und vierte Bremsstelle und Br einskammer durch in Strömungsrichtung
sich verjüngende Düsen vorzusehen oder auch nach Abb. 3 beispielsweise ein Rückschlagventil
g zur weiteren Rückschlagsicherting vorzuschalten. Soweit die Luftzufuhrwege in
tragende Gehäuseteile 1a verlegt sind, können sie, wie Abb. i zeigt, durch annähernd
kreisförmigen Querschnitt 1ä so ausgestaltet sein, daß sie der über die Dämpfungseinrichtung
dl, d#, d,', dj, d,", d=" in die Luftzufuhrräume gelangten,
stark abgedämpften Druckwelle gegenüber genügend Drucksicherheit aufweiseil.
Ergeben
sich bei dieser kreisförmigen Ausgestaltung Nachteile, oder stellen sich ihr sonstige
Hindernisse entgegen, so -wird nian die Anordnung nach Abb. -2 so treffen, claß
die Luftzuführung in ein besonderes schmiedeeisernes Rohr i verlegt ist, das über
kurze Rohrstutzen k mit dem Ventilkasten f in Verbindung stellt. In
üblicher `'eise wird durch bekannte Mittel, wie Stopfbüchsen. 1, für gas-(-lichte
Führung der Luft gesorgt. Eine ähnlicl]e Anordnung -wie Abb. 2 zeigt auch Abb. 3;
durch Verkleidungen -in können die Rohrleitungen i nach außen hin abgedeckt
seil].