DE576512C - Brennkraftanlage - Google Patents

Brennkraftanlage

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DE576512C
DE576512C DEA51219D DEA0051219D DE576512C DE 576512 C DE576512 C DE 576512C DE A51219 D DEA51219 D DE A51219D DE A0051219 D DEA0051219 D DE A0051219D DE 576512 C DE576512 C DE 576512C
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DE
Germany
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piston
internal combustion
gas turbine
machine
engine
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DEA51219D
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BBC Brown Boveri France SA
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BBC Brown Boveri France SA
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Classifications

    • 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
    • F02C5/06Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output
    • F02C5/08Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output the gas generator being of the free-piston type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

  • Brennkraftanlage Es ist bekanntlich die Kolbenmaschine zur Verarbeitung von Gasen von hohem Druck und hoher Temperatur geeigneter als die Turbine. Für den Antrieb des elektrischen Stromerzeugers eignet sich dagegen, besonders bei großen Leistungen, besser die Turbine. Es ist daher für Brennkraftanlagen bereits vorgeschlagen worden, als Hauptantriebsmaschine eine Turbine (Gasturbine) zu wählen und die Treibgase für diese in einer Kolbenmaschine zu erzeugen, wobei die Kolbenmaschine nicht nur zur Verdichtung des brennbaren Gemischs, sondern auch als Verbrennungskammer und zur Entspannung der heißen Gase auf einen für die weitere Verarbeitung in der Gasturbine geeigneten Druck benutzt wird. . Diese Vereinigung von Kolbenmaschine und Turbine hat jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß bezüglich Wirtschaftlichkeit der Anlage wenig, bezüglich Herstellungskosten, Platzbedarf, Einfachheit usw. jedoch nichts gewonnen wird. Die Abmessungen einer Kolbenmaschine richten sich nämlich nicht nach der Leistung, sondern allein nach den vorkommenden Höchstdrücken und den Ansaugmengen des zu verarbeitenden Brennstoffgemisches. Wird z. B. die nach außen abzugebende Leistung der Kolbenmaschine stark vermindert, indem man zur Vermehrung der. Gasturbinenleistung den Ausschubdruck erhöht; bleibt dabei aber die Ansaugmenge der Kolbenmaschine die gleiche, so ändern sich die Abmessungen der T<olbenmaschine so-gut wie gar nicht. Soll also die Kolbenmaschine mit Vorteil zur Hilfsmaschine gemacht werden, indem man sie nur zur Treibgaserzeugung verwendet und die Lieferung der gesamten Nutzleistung einer Gasturbine überträgt, so sind erst Mittel und Wege zu finden, um diese Kolbenmaschine auch billig, platzsparend, einfach und wirtschaftlich herzustellen und zu betreiben.
  • Die bekannten Anordnungen, die aus einer Gasturbine zum Antrieb des Generators und einer Kolbenmaschine zur Erzeugung des Treibmittels bestehen, haben aber weiter noch den Nachteil, daß Druck und Temperatur des Treibmittels gewissen Beschränkungen unterworfen sind, die einem günstigen Wirkungsgrade der Anlage im Wege stehen. Wird nämlich zur Verdichtung von Luft und Brennstoff nur die Energie der Kolbenmaschine verwendet und das Treibmittel, wie üblich, durch Mischung der Abgase dieser Kolbenmaschine mit der durch die Kolbenmaschine verdichteten Luft gebildet, so ist eine für die Verarbeitung in der Gasturbine brauchbare Temperatur des Treibmittels nur erhältlich, wenn der Druck des Treibmittels niedrig ist. Eine hohe Verdichtung der Mischluft erfordert nämlich auch eine verhältnismäßig große Wärmemenge in der Antriebsmaschineund :ergibt aus diesem grunde, aber auch wegen des erhöhten Gegen üauckes eine Mischtemperatur der Treibgase,. die meist zu hoch ist, um in der Gasturbine ,betriebssicher verarbeitet werden zu können. Wird der Druck der Treibgase aber niedrig gehalten, so ist die Ausnutzung der Energie in der Gasturbine eine geringe, der Wirkungsgrad der Anlage also ungenügend.
  • Diesem Übelstand kann nun gemäß vorliegender Erfindung dadurch abgeholfen werden, daß die Kolben-Brennkraftmaschine mit Kolbenverdichter als Flugkolbenmaschine ausgebildet wird und ein dem Kolbenverdichter vorgeschaltetes Aufladegebläse, das von der Gasturbine oder einem besonderen Motor (z. B. einem Elektromotor) angetrieben wird, der Flugkolbenmaschine auf mindestens 2 ata verdichtete Luft anliefert.
  • Durch die Aufteilung der Verdichtung in mehrere Stufen und durch die hohe Vorverdichtung in der i. Stufe wird es möglich, der Flugkolbenmaschine unabhängig vom Enddruck nur so viel Verdichtungarbeit zuzuteilen; daß die von der Flugkolbenmaschine gelieferten Abgase nach Mischung mit der verdichteten Luft die Temperatur ergeben, die für das Treibmittel verlangt wird. Mit der Erhöhung des Druckes der Treibgase steigt auch der Wirkungsgrad der Anlage.
  • Durch die Aufteilung der Verdichtung in der angegebenen Weise wird weiterhin erreicht, daß die Abmessungen der Kolben-. maschine bedeutend vermindert werden. Da es sich bei dieser Kolbenmaschine nur um eine Hilfsmaschine zur Herstellung des Treibgases handelt, ist es besonders wichtig, daß diese Maschine einfach und -billig sei. Es eignet sich hierfür nun am besten die Flugkolbenmaschine, die infolge Wegfalls der Gestänge, Kurbeln., Lager usw. und wegen der unmittelbaren Energieabgabe am gleichen Kolben oder der gleichen Kolbenstange nur aus aktiven Teilen besteht; dadurch, daß die Luft dem Kolbenverdichter vorverdichtet angeliefert und die Brennkraftmaschine ebenfalls mit hochverdichteter Luft geladen wird, vermindern sich auch noch die Abmessungen dieser aktiven Teile. Ein wesentliches Element der Erfindung ist also neben der hohen Vorverdichtung der Luft die Ausbildung der Kolbenmaschine, in welcher das Treibmittel für die Gasturbine hergestellt wird, als Flugkolbenmaschine.
  • Auf der Zeichnung Abb. i ist ein Maschinensatz, der gemäß derErfindung arbeitet, dargestellt. Es ist i das Aufladekreiselgebläse, 2 die Gasturbine, 3 ein Generator. ¢ ist die Flugkolbenmaschine, in welcher das Treibgas hergestellt wird. Durch das Gebläse i, das von der Turbine 2 oder einem besonderen Motor (z. B. einem Elektromotor) angetrieben wird, wird die Luft, die vom Kolbenverdichter 5 weiterzuverdichten ist, bereits vorverdichtet angeliefert. Der Kolben des Verdichters 5 ist mit dem Kolben der Brennkraftmaschine 6 unmittelbar verbunden. Der Arbeitskolben der Maschine 6 erhält seine Bewegung durch die Verbrennung (unter Gleichdruck oder Verpuffung) des Brennstoffes, der bei 7 eingespritzt und durch Pumpe 8 auf Einspritzdruck gebracht wird. Der Antrieb der Pumpe 8 erfolgt durch den Stößel g. Es ist weiter io das Lufteinlaß-und z i das Luftauslaßventil des Kolbenverdichters. Um die Luftlieferung auszugleichen, kann bei 1a ein Ausgleichbehälter vorgesehen werden. Die verdichtete Luft dient sowohl als Brennluft wie als Spülluft und auch zur Abkühlung der Abgase auf die Temperatur, die als Treibgastemperatur für die Gasturbine 2 verlangt wird. Dieses Gemisch von Abgasen und Luft wird im Be-, hälter =3 gesammelt und strömt von dort zur Turbine. Die Gase verlassen dann nach Abgabe ihrer Arbeit die Gasturbine bei i4.. Die Höhe des Treibgasdruckes wird bestimmt durch die Verdichtungsverhältnisse der beiden Verdichter i und 5. Die Aufteilung der Arbeitsleistungen beider erfolgt erfindungsgemäß derart, daß Temperatur und Menge der verdichteten Luft und Temperatur und Menge der Abgase aus der Brenrokraftmascbine gemischt die verlangte Treibgastemperatur ergeben. Auf der Zeichnung ist nur eine Flugkolbenmaschine dargestellt. Es können natürlich auch mehrere vorhanden sein, die auf einen gemeinsamen Behälter 13 arbeiten. Die Arbeitsweise wird noch weiter veranschaulicht durch das Diagramm Abb. 2. Das Verdichtungsdiagramm für Verdichter i ist dargestellt durch u-b-c-d. Der effektive Vorverdichtungsdruck ist durch die Höhe a-d wiedergegeben. Die durch die Fläche a-b-c-d dargestellte Arbeit wird von der Hauptmaschine geleistet. Die Luftmenge- c-d wird nun in den Verdichter 5 geschoben und dort von Druck a-d auf Druck d-f verdichtet. Die Arbeitsfläche d-c-e-f ist von der Brennkraftmaschine aufzubringen. Zur Verbrennung des Brennstoffes in der Brennkraftmaschine ist nur ein Teil der verdichteten Luft erforderlich, etwa die Menge e-g; der Rest g-f geht durch die Zylinder der Brennkraftmaschine hindurch, mischt sich mit den Abgasen und erniedrigt deren hohe Temperatur. Die im Zylinder der Brennkraftmaschine verbliebene Luft wird in diesem von e auf h verdichtet; dann wird bis i Brennstoff eingespritzt, der verbrennt und den Kolben nach vorwärts treibt, bis die Schlitze bei k erreicht sind und der Auspuff beginnt. Nach Entspannung der Abgase, die schließlich das Volumen g-1 einnehmen, kommt wieder neue Luft in die Zylinder, die den Abgasrest verdrängt usf. Die positive Arbeitsfläche der Brennkraftmaschine e-h-i-k muß gleich sein der Arbeitsfläche des Verdichters d-c-e-f. Die im Behälter 13 gesammelten Abgase und Luft haben das Volumen f-Z. Sie leisten in der Gasturbine 2 Arbeit gemäß Fläche f-L-,in-a; hiervon wird die Arbeitsfläche a-b-c-d an das Aufladegebläse abgegeben. Man kann den Hub dieses Zylinders aber auch so groß wählen, daß die Expansion der Gase weitergetrieben wird und daß die Auspuffschlitze erst bei n erreicht werden. Da die Auspuff-und Einlaßschlitze vom Kolben ungefähr gleichzeitig freigegeben und abgedeckt werden, so wird in diesem Fall die angesaugte Luftmenge zu groß. Es wird deshalb ein Steuerorgan (Ventil) vorgesehen, das die zuviel angesaugte Menge o-e wieder aus dem Zylinder hinausläßt, so daß die Verdichtung der Brennluft im Zylinder wieder erst bei e beginnt. Ist die Brennkraftmaschine nicht durch Schlitze, sondern (besonders bei Viertaktmaschinen) durch Ventile gesteuert, so kann die Ladungsverminderung dadurch bewerkstelligt werden, daß das Einlaßventil nicht beim Hubwechsel, sondern erst wesentlich später geschlossen wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE r. Brennkraftanlage mit einer Gasturbine für die Nutzleistung und einer ausschließlich als Treibgaserzeuger dienenden Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Kolbenverdichter, dessen Verdichtungsarbeit durch die im Verbrennungszylinder gewonnene Arbeit gedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenbremikraftmaschine mit Kolbenverdichter als Flugkolbenmaschine ausgebildet ist und ein dem Kolbenverdichter vorgeschaltetes Aufladegebläse, das von der. Gasturbine oder einem besonderen Motor (z. B. einem Elektromotor) angetrieben wird, der Flugkolbenmaschine auf mindestens 2 ata verdichtete Luft anliefert. z. Brennkraftanlage nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Verbrennungszylinder der Flugkolbenmaschine mit einer Vorrichtung versehen sind, durch welche die Mengen der Ladung zu Beginn der Verdichtung gegenüber den Mengen zu Beginn des Auspuffes vermindert werden können.
DEA51219D 1927-06-16 1927-06-16 Brennkraftanlage Expired DE576512C (de)

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DE576512C true DE576512C (de) 1933-05-11

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DE (1) DE576512C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE767914C (de) * 1935-06-03 1954-11-15 Participations Soc Et Flugkolben-Treibgaserzeuger
DE1021205B (de) * 1953-04-30 1957-12-19 Schmidt Paul Freiflugkolbenverdichter als Drucklufterzeuger fuer eine Luftturbine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE767914C (de) * 1935-06-03 1954-11-15 Participations Soc Et Flugkolben-Treibgaserzeuger
DE1021205B (de) * 1953-04-30 1957-12-19 Schmidt Paul Freiflugkolbenverdichter als Drucklufterzeuger fuer eine Luftturbine

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