DE564475C - Verfahren zur Bildung zuendfaehiger Gemische aus Luft und schwer zuendenden Brennstoffen in Verpuffungskammern - Google Patents

Verfahren zur Bildung zuendfaehiger Gemische aus Luft und schwer zuendenden Brennstoffen in Verpuffungskammern

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DE564475C
DE564475C DEH119084D DEH0119084D DE564475C DE 564475 C DE564475 C DE 564475C DE H119084 D DEH119084 D DE H119084D DE H0119084 D DEH0119084 D DE H0119084D DE 564475 C DE564475 C DE 564475C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/12Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the combustion chambers having inlet or outlet valves, e.g. Holzwarth gas-turbine plants

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description

  • Verfahren zur Bildung zündfähiger Gemische aus Luft und schwer zündenden Brennstoffen in Verpuffungskammern Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein eigen- und neuartiges Verfahren zur Bildung zündfähiger Gemische aus Luft und schwer zündenden Brennstoffen in Verpuffungskammern, wie sie bei Brennkraftturbinen Verwendung finden. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß in die Verpuffungskammer eingeführter Brennstoff innerhalb dieser mit einem Ladeluftstrom zur Mischung gebracht wird, dessen Geschwindigkeit durch Anordnung einer Einschnürung im Leitungsweg gegenüber der vor der Einschnürung im Leitungsweg herrschenden erhöht ist. Ein ähnliches Mittel verwenden bereits die Vergaser für Kolbenbrennkraftmaschinen in Form eines Lufttrichters. Trotzdem scheiterte die Verbrennung von Gasöl und anderen schwer zündenden Brennstoffen in derartigen Vergasermaschinen, weil durch die erforderliche starke Übersättigung des Gemisches mit mechanisch zerrissenen, nicht aber verdampften Gasölteilchen ein Niederschlag flüssigen Brennstoffes im Innern der Gemischleitung und vor allem an den Zylinderwandungen erfolgte, selbst wenn die Gasölteilchen vor Eintritt in den Zylinder verdampft wurden. Das entstandene Gasölkondensat gelangte am Kolben vorbei in den Kurbelkasten und führte dort zu betriebsgefährlichen V erdünnungen des Schmiermittels. Außerdem verminderte sich das angesaugte Luftgewicht erheblich unter weitgehender Verschlechterung des Wirkungsgrades. Aus diesen Gründen konnten sich Vergasermaschinen zur Verarbeitung schwer zündender Brennstoffe nicht einführen. Dadurch, daß erfindungsgemäß das gesamte Druckgefälle zwischen Druck der Ladeluft und Druck in der Verpuffungskammer zur Umsetzung in Geschwindigkeit zur Verfügung steht, können Relativgeschwindigkeiten zwischen Luft und Brennstoff in einem Ausmaße verwirklicht werden, das zur Bildung homogener, hochzündfähig er Gemische führt. Eine Entmischungsgefahr des fertigen Ladegemisches wie bei Kolbenbrennkraftmaschinen ist dabei durch Anordnung der Mischstelle im Verbrennungsraum selbst völlig beseitigt.
  • Es sind bereits Brennkraftturbinen bekannt geworden, bei denen der Austrittsquerschnitt des Lufteinlaßorgans verjüngt ist. Bei diesen Anordnungen ist jedoch die Verjüngung nur vorgesehen, um durch Verstellung derselben gegen einen Gegenkonus das Mischunzsverhältnis zwischen dem gasförmigen Brennstoff, der an sich schon bei der Mischung keine Schwierigkeiten macht, und der Luft zu verändern.
  • Nun hängt die im Einschnürungsquerschnitt zu verwirklichende Geschwindigkeitsgr öße von dem Druckgefälle ab, das zwischen dem Druck der Ladeluft und dem Gegendruck in der Verpuffungskammer herrscht. Beide Drücke sind aber nicht ausschließlich mit Rücksicht auf die Zerstäubung einstellbar, sondern sie hängen von anderen, unveränderbaren Zustandsgrößen des Verpuffungsbetriebes ab. So kann beispielsweise der Druck der Ladeluft nicht über eine bestimmte Höhe getrieben werden, weil in diesem Falle die Verdichter eine zur Unwirtschaftlichkeit führende Antriebsleitung erhalten. Der Druck in der Verpuffungskammer hängt wiederum vom Gegendruck im Radraum oder Druckausgleicher bzw. vom Anfangsdruck der nachgeschalteten Dauerstromturbinen ab. Um trotzdem von dem festgegebenen Druckgefälle unabhängig zu werden, kennzeichnet sich die in weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens vorgeschlagene Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens durch Anordnung einer einen Teil des Verpuffungsraumes bildenden Venturidüse im Leitungsweg der Ladeluft. Es wird also der statische Druck im Einschnürungsquerschnitt kleiner als in der Verpuffungskammer, so daß trotz Vorhandenseins nur eines sehr geringen Druckgefälles zwischen dem Druck der Ladeluft und dem in der Verpuffungskammer herrschenden ein Druckunterschied zwischen der Ladeluft und dem an der Einschnürungsstelle herrschenden auftritt, der die Verwirklichung der erforderlichen Relativgeschwindigkeiten zwischen Luft und Brennstoff an der Mischstelle ermöglicht. Günstige Verhältnisse haben sich dabei ergeben, wenn der Querschnitt an der Einschnürungsstelle etwa halb so groß ist wie der Eröffnungsquerschnitt des Lufteinlaßorgans. Zweckmäßig sind Einschnürung und Erweiterung in ein besonderes Einsatzstück zur Verpuffungskammer verlegt, so daß eine Anpassung der Querschnittsverhältnisse an die jeweils zur Verwendung gelangende Brennstoffart und sonstige veränderbare Größen des Kammerbetriebes möglich wird.
  • In Großgasbrennern hat man schon eine venturidüsenartige Ausgestaltung des Leitungsweges vorgesehen. Man hat aber an die Venturidüse im Strömungsweg eine Verengung am Düsenmund angeschlossen, um die Gas- und Luftfäden, welche den engsten Querschnitt der Venturidüse ungemischt nebeneinander durchströmen, zur Wirbelbildung zu bringen, so daß durch diese Verwirbelung die erforderliche gute Mischung zwischen Gas und Luft eintritt. Die Venturidüse allein gewährt dabei nicht die Voraussetzungen der erforderlichen guten Vermischung, weil sich Gas- und Luftfäden in ihr bzw. erst kurz vor ihr treffen. Während erfindungsgemäß jede Ouerschnittsverminderung im Strömungsweg hinter dem engsten Querschnitt der Venturidüse vermieden wird, damit in der Einschnürung selbst die höchsten Relativgeschwindigkeiten zwischen Luft und Brennstoff auftreten, weil nur mit diesen höchsten Relativgeschwindigkeiten diejenige Zerstäubung des Brennstoffes möglich ist, welche Voraussetzung der Entzündungs- und Verpuffungsmöglichkeit des Gemisches ist, bildet bei der bekannten Einrichtung das Zusammenwirken der Venturidüse und der im Strömungsweg hinter ihr angeordneten engen Austrittsmündung mit einem zwischen beiden Querschnitten befindlichen ausreichenden Wirbelraum das von der Erfindung völlig abweichende Wesensmerkmal.
  • Nimmt man entsprechend bei Versuchen an, daß der Druck der Zerstäubungsluft etwa 3,o ata beträgt, so stellt sich an der Einschnürungsstelle etwa ein Druck von 2,og ata bei einer üblichen Turbinenausführung ein. Dem mittleren Druckgefälle von 3,o ata auf 2,og ata entspricht eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 228 m,fSek. Die mittlere Ausströmgeschwindigkeit der Brennstoffflüssigkeit aus den Einspritzlöchern beträgt etwa 13,5 m//Sek., berechnet nach dem Kontinuitätsgesetz aus der mittleren Plungerge5zchwindigkeit, aus den Querschnittsverhältnissen in der Pumpe und in den Einspritzlöchern. Die mittlere Relativgeschwindigkeit zwischen Luft und Brennstoff beträgt also rund 2z5 m Sek. Aus Kurvenblättern über die Abhängigkeit der Größe der zerstäubten Brennstofftröpfchen von der Relativgeschwindigkeit zwischen Zerstäubungsluft und Brennstoff (vgl. S. 22 des Buches von Triebnigg »Der Einspritz- und Einblasevorgang bei Dieselmaschinen«) ergibt sich, daß bei diesen Verhältnissen der mittlere Radius der zerstäubten Brennstofftröpfchen o,ooo8 mm und die Oberfläche je Gramm eingespritzten Brennstoffes 2,6 m2 beträgt. Aus Abb. 54 (S.120 der angezogenen Literaturstelle) ergibt sich, daß bei Dieselmaschinen, die mit einem Pumpendruck von 35o atü arbeiten, die Tröpfchengröße o,oii mm beträgt. Die Zerstäubung bei einer gemäß vorliegender Erfindung ausgebildeten Brennkraftturbine ist also, trotzdem sie nur mit einem Pumpendruck von 16 atü arbeitet, gemäß dem linearen Vergleich des Durchmessers der zerstäubten Brennstofftröpfchen etwa 14mal besser.
  • Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens am Längsschnitt durch die Ventilkammer der Einlaßorgane und den anschließenden Teil der Explosionskammer einer Brennkraftturbine.
  • In dieser liegt das Einlaßorgan a für die Zerstäubungs- bzw. Verbrennungs- oder Ladeluft sowie das Einlaßorgan b für den Brennstoff einseitig zur Explosionskammer c; beide Einlaßorgane sind konzentrisch zueinander angeordnet. Dem im Ventilkopf cc des Lufteinlaßorgans in an sich bekannter Weise angeordneten Rückschlagventil b wird der Brennstoff von der nicht gezeichneten Pumpe aus über die Leitung b' zugedrückt, während die Zerstäubungs- bzw. Verbrennung,- oder Ladeluft in den Ventilkasten n' durch Luftzufuhrleitung b über Verbindungsstutzen e und Bremsdüsenanordnungen f gelangt. Das Lufteinlaßorgan a wird durch Wirkung der Ventilfeder g ständig auf seinen Sitz 1a gedrückt und damit geschlossen, wenn nicht Drucköl über Druckölleitung i dem Steuerraum k zugeführt wird und durch Kraftwirkung auf den Steuerkolben 1, gegen Wirkung der Ventilfeder ; das Einlaßorgan a unter Freilegung des Luftaustrittsquerschnittes m eröffnet. Sämtliche Teile der Einlaßorgane sind in einem rahmenartigen Ventilring n angeordnet, an dem sich die Verbrennungskammer c unmittelbar anschließt.
  • Die Erhöhung der Geschwindigkeit der Ladeluft nach der Erfindung erfolgt nun dadurch, daß in der Verbindung zwischen Explosionskammer c und Brennstoff- und Lufteinlaßorganen b bzw. ca eine Einschnürung o angeordnet wird, deren Durchgangsquerschnitt kleiner ist als der Eröffnungsquerschnitt m des Lufteinlaßorgans und des vor diesem liegenden Leitungsweges ca', f, p, e, d der Zerstäubungs-bzw. V erbrennungs- oder Ladeluft. Die Einschnürung bewirkt, daß gerade an der Mischstelle zwischen Brennstoff und Luft die größten Luft- und damit die größten Relativgeschwindigkeiten zwischen Luft und Brennstoff auftreten, so daß eine weitgehende Zerstäubung gewährleistet wird. In weiterer Durchführung der Erfindung ist im Leitungsweg der Ladeluft eine einen Teil des Verbrennungsraumes bildende Venturidüse in, o, q angeordnet. Auf diese `'eise wird die Geschwindigkeit in der Einschnürung o unabhängig von dem Druck in der Verbrennungskammer c. Die Venturidüse 7n, o, q bildet ein besonderes Einsatzstücks des Ventilringes n bzw. des Maschinenrahmens, so daß die Verhältnisse der Querschnitte o und q ohne größere Änderungen der Brennkraftturbine an veränderbare Größen des Turbinenbetriebes angepaßt werden können.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Bildung zündfähiger Gemische aus Luft und schwer zündenden Brennstoffen in Verpuffungskammern, dadurch gekennzeichnet,' daß in die Verpuffungskammer eingeführter Brennstoff innerhalb dieser mit einem Ladeluftstrom zur Mischung gebracht wird, dessen Geschwindigkeit durch Anordnung einer Einschnürung im Leitungsweg gegenüber der vor der Einschnürung im Leitungsweg herrschenden erhöht ist.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch z, gekennzeichnet durch Anordnung einer einen Teil des Verpuffungsraumes bildenden Venturidüse im Leitungsweg der Ladeluft.
DEH119084D 1928-11-14 1928-11-14 Verfahren zur Bildung zuendfaehiger Gemische aus Luft und schwer zuendenden Brennstoffen in Verpuffungskammern Expired DE564475C (de)

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DE (1) DE564475C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4154781A (en) * 1978-01-10 1979-05-15 Warren F. B. Lindsley Low profile horizontal positionable carburetor with self-adjusting double venturi

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4154781A (en) * 1978-01-10 1979-05-15 Warren F. B. Lindsley Low profile horizontal positionable carburetor with self-adjusting double venturi

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