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Verfahren zum Betriebe einer Brennkraftturbine mit einem zwischen
Verdichter und Turbine umlaufenden Zellenrade Bekanntlich haben bisher gebaute Brennkraftturbinen,
bei welchen die Verbrennung ohne Unterbrechung in der Brennkammer stattfindet, den
Nachteil, daß der in der Brennkammer herrschende Verbrennungsdruck niedriger als
der des Ladeverdichters sein mußte, um die Brennkammer mit der frischen Ladung nachfüllen
zu können. Der Verdichter mußte also den Verbrennungsdruck überwinden. Andere Bauarten
wenden Brennkammern an, in welchen abwechselnd Verbrennung und Ladung stattfindet.
Bei jenen erfolgt die Ladung erst dann, wenn der Verbrennungsdruck unter den Verdichterdruck
gefallen ist. Weil die verhältnismäßig großen Brennkammern abwechselnd arbeiten,
ist der Druck auf die Düsen der Turbine nicht gleichbleibend, sondern stoßartigen
Schwankungen unterworfen. Derartige Brennkraftturbinen besitzen einen schlechten
Wirkungsgrad und sind nicht oder nur wenig überlastbar. Es ist weiterhin bekannt,
zwischen Verdichter und Turbine eine umlaufende Speisetrommel einzuschalten, dieser
mehrere Gase zuzuführen und dieselbe sowie Verdichter fremd anzutreiben und ihre
Umdrehungszahl mit Bezug auf die Turbinendrehzahl wechselnd einzustellen. Bei dieser
Gasturbine kann die Verbrennung nicht in der Speisetrommel stattfinden, weil die
Gase noch nicht gemischt sind; sie kann erst in der Brennkammer erfolgen. Letztere
wird nicht oder nicht genügend gespült. Diese Vorrichtung ist infolge der schlechten
Verbrennung unwirtschaftlich.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nebst Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zum Betriebe einer Brennkraftturbine mit einem zwischen
Verdichter und Turbine umlaufenden Zellenrade. Die Erfindung besteht darin, daß
die Zellen jede für sich nacheinander mit Luft, dann mit Brennstoff geladen werden,
worauf sich das Gemisch bei Eintritt der Zellen in einen Raum zur Bildung eines
gleichmäßigen Gasstromes entzündet und die Verbrennungsgase ununterbrochen in den
Ausgleichsraum ausströmen, worauf die Spülung jeder Zelle erfolgt.
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Eine beispielsweise Anordnung ist aus Abb. r bis 3 ersichtlich. Es
bedeuten in Abb. r und a: L - Luft, KO #_ Verdichter, Tl = Verbrennungsvorrichtung,
K = Kerze, T =--Turbine, B = Brennstoff, A =Abgase.
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In Abb. 3, welche die Abwicklung der Verbrennungcvorrichtung darstellt:
Z = Zellenrad, E - Ausgleichsraum, T = Turbinenseite, KO = Verdichterseite, K =
Kerze, B = Brennstoff, P = Preßluft, R = Laufrichtung. _ Mit den bekannten Maßnahmen
war es nicht möglich, den Druck in der Brennkammer
im Augenblick
des Nachladens der Brennkammer höher als den Ladedruck zu halten. Bei der vorliegenden
Erfindung nimmt das zwischen Verdichter und Turbine umlaufende Zellenrad die zu
verbrennenden Gase auf und führt nach erfolgter Zündung die Verbrennungsgase in
einen Ausgleichsraum, in welchem der Druck höher ist als der Ladedruck. Die eigentliche
Verbrennung findet in den Zellen des Zellenrades statt. In dein Ausgleichsraum herrscht
ein im wesentlichen gleichbleibender Druck, weil die Anzahl der Entladungen aus
den Zellen des Zellenrades eine sehr große ist.
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Weiterhin wird durch die Erfindung zier Vorteil erreicht, daß die
Zellen des Zellenrades, in welchen die Verbrennung stattfindet, vollständig von
den verbrannten Gasen befreit werden, indem man Spülluft hindurchtreibt. Auf diese
Weise wird der Verbrennungsraum gut gekühlt und kann nach Wiederaufnahme der Frischgase
ein reines, zündfähiges Gemisch zur Verbrennung bringen.
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Da der Verbrennungsdruck nicht auf den Ladedruck einwirkt, kann ersterer
sehr hoch gehalten werden. Dies bedeutet für die Ausführung eine leistungsfähige
Maschine bei kleinen Abmessungen.
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Es kann aber auch der Verdichtungsdruck der Frischgase unter Anwendung
des vorliegenden Verfahrens sehr hoch gehalten werden, weil es möglich ist, die
Frischgase getrennt zu verdichten und erst im Augenblick der Verbrennung zu mischen.
Dies bedeutet große Wirtschaftlichkeit.
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Das Verfahren sei durch folgende Beispiele erläutert.
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i. Betrieb mit flüssigem Brennstoff Angenommen, Luft und Brennstoff
werden in getrennten Verdichtern verdichtet. Die Luft tritt durch den Kanal L (Abb.
i) an der Verdichterseite ein. Ein Teil dieser Luft dient zum Ausspülen und Kühlen
der Zellen des Rades und tritt in der Pfeilrichtung aus. Die mit reiner Luft gefüllten
Kammern bewegen sich an der Brennstoffdüse vorbei, welche unter höherem Druck steht.
Der Brennstoff mischt sich mit der Luft; das so erhaltene brennbare Gemisch wird
von dem Zellenrad zum Ausgleichsraum gebracht. Hier wird es beim Anlassen durch
die Zündkerze oder während des Betriebes durch die heißen Gase zur Verbrennung gebracht.
Beim Anlassen steht der Ausgleichsraum, der dann als Brennkammer dient, unter einem
niedrigeren Druck als die.Zellen, welche das brennbare Gasgemisch führen. Das Gemisch
wird also in den Ausgleichsraum strömen und sicher an der Kerze zünden. Während
des Betriebes steht der Ausgleichsraum unter dem hohen Druck der heißen Verbrennungsgase.
" Die niedriger gespannte frische Ladung, welche von den Zellen zum Ausgleichsraum
geführt wird, erfährt unmittelbar nach dem Eintritt in denselben eine plötzliche
Verdichtung durch die hochgespannten heißen Gase. Da diese Verdichtung rasch vor
sich geht, liegt sie der Adiabate sehr nahe, so daß die Temperatur der frischen
Ladung bis weit über die Zündtemperatur derselben gebracht wird. Sobald die Zündung
eingetreten ist, gestaltet sich der Druck in der Zelle höher als derjenige im Ausgleichsraum,
und die Verbrennungsgase strömen in den Ausgleichsraum, aus welchem sie die Turbine
speisen.
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Für den Betrieb mit flüssigem Brennstoff oder mit brisanten flüssigen
oder pulverförmigen Sprengstoffen wird die Anordnung der Brennstoffdüse so gewählt,
daß die Zellen im Augenblick des Ladens mit Brennstoff von der Verdichterseite aus,
auf der Turbinenseite schon mit dein Ausgleichsraum verbunden sind. Die für diesen
Fall sehr hoch verdichtete heiße Luft in den Zellen entzündet den flüssigen Brennstoff
direkt bei seinem Eintritt in die Zelle; die Verbrennungsgase können sofort aus
der Zelle austreten und erhalten durch den eingeführten Brennstoff eine Beschleunigung
in der Richtung des Austritts. z. Betrieb mit gasförmigem Brennstoff Beim Betrieb
mit gasförmigem Brennstoff wird die Brennstoffdüse durch einen größeren Kanal ersetzt,
welcher von einem besonderen Verdichter gespeist wird. Luft und Gas können auch
in einem einzigen Verdichter verdichtet werden, falls man die Verdichtung unter
der Selbstzündungstemperatur halten will.
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Die mit der Einrichtung erfindungsgemäß erzielte Wirkung besteht somit
darin, daß sie erstens den Verdichter unabhängig von dem Verbrennungsdruck macht
und letzteren höher als ersteren hält, zweitens den Verdichter vollständig entlastet.
Der Verbrennungsdruck kann nicht auf den Verdichter zurückdrücken. Die Spannung
in dem Ausgleichsraum kann beliebig gesteigert werden. Demnach besitzt die Turbine
eine hohe Überlastbarkeit. Da der Zellen des Zellenrades so viele sind, sind sie
klein und mithin auch ihre Entladungen. Da diese Entladungen sehr rasch aufeinanderfolgen,
ist der Druck auf die Düsen annähernd gleichbleibend. Die Luftspülung ist eine wirksame,
weil die verbrannten Gase aus den Zellen restlos ausgetrieben werden. Das Zellenrad
erfährt außerdem.eine gute Kühlung.
Es ist selbstverständlich, daß
der beschriebene Arbeitsvorgang über den Umfang des Kreises beliebig oft wiederholt
werden kann. Auf Abb. i und 2 wiederholt sich der Vorgang viermal.
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Beim Betrieb mit flüssigem Brennstoff kann die Brennstoffdüse auch
in den Ausgleichsraum münden, welcher dann zur Brennkammer wird. Da die Verdichtungsarbeit
des Brennstoffverdichters in diesem Falle im Verhältnis zur Leistung der Turbine
klein ist, kann man ohne nennenswerten Verlust den nötigen Überdruck aufwenden.
Für gasförmigen Brennstoff wird sich dieses Verfahren ungünstiger verhalten als
das oben beschriebene.
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Beim Verlassen des Ausgleichsraumes werden die Zellen eine allerdings
geringe Menge verbrannten Gases mitführen, welches von der Spülvorrichtung ausgetrieben
wird. Da diese kleine- Menge Gas die Spannung besitzt, welche im Ausgleichsraum
herrscht, kann man sie vor Eintritt in den Spülkanal erst über verschiedene Kanäle
an der Turbinenseite stufenweise sich ausdehnen lassen und der Turbine noch zuführen.
Das Zellenrad und die Verdichter können fremd angetrieben werden, und ihre Umdrehungszahl
kann in bezug auf die der Turbine veränderlich sein.