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Flugkolben-Treibgaserzeuger Die Erfindung bezieht sich auf einen Freiflugkolben-Treibgaserzeuger,
welchem die zum Verdichten bestimmte Luft mindestens teilweise durch ein als Kreiselmaschine
ausgebildetes Gebläse vorverdichtet zugeführt wird, wobei der Antrieb des Gebläses
durch eine Turbine erfolgt, welche mit einer den Treibgasen entnommenen Teilmenge
beaufschlagt ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß die für die Turbine des Vorverdichters
bestimmte Teilmenge der Treibgasleitung zwischen dem Treibgaserzeuger und dem Hauptverbraucher
entnommen und so geregelt wird, daß bei größerer Belastung eine höhere, bei kleinerer
Belastung jedoch eine geringere Vorverdichtung entsteht.
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Es sind Kurbelmaschinen-Treibgaserzeuger gekannt, welchen -die zum
Verdichten bestimmte Luft durch ein als Kreiselmaschine ausgebildetes Gebläse vorverdichtet
zugeführt wird. Der Antrieb des Gebläses erfolgt durch eine Turbine, welche mit
einer der Zwischenstufe der Hauptgasturbine entnommenen Teilmenge von Treibgasen
beaufschlagt ist. Die Teilmenge wurde nicht geregelt und die Anpassung an die Leistungsveränderungen
allein den Druckveränderungen in der Zwischenstufe überlassen. Bei einer raschen
Zunahme der Belastung der Hauptmaschine konnte demnach die Brennstoffmenge nur so
weit vergrößert werden, daß die dem Treibgaserzeuger zugeführte Luft eine genügende
Verbrennung noch zuließ. Dann mußte erst eine Erhöhung des Treibgasdruckes abgewartet
werden. Erst bei vermehrter Förderung infolge des erhöhten Treibgasdruckes in der
Zwischenstufe konnte wieder mehr Brennstoff dem Treibgaserzeuger zugeführt werden.
Die Anpassung an Leistungserhöhungen ließ sich somit nur langsam durchführen.
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Wenn nach der Erfindung die zum Antrieb des Vorv erdichters verwendete
Teilmenge der Treibgasleitung zwischen dem Treibgaserzeuger und der Hauptturbine
entnommen und in Abhängigkeit von der Belastung geregelt wird, können die zur Verbrennung
notwendige Luft und der Brennstoff augenblicklich vermehrt werden, so daß die Anpassung
an den erhöhten Leistungsbedarf nicht langsam vor sich geht, sondern ebenso rasch
wie die Belastungserhöhung stattfinden kann.
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Im Grenzfall kann bei geringer Belastung die Luft nicht vorverdichtet
den Maschinen zugeführt werden. Sie kann dann unter Umgehung des Gebläses der Atmosphäre
entnom= men werden.
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Der Erfindungsgegenstand ist an Hand der Zeichnungen nachstehend näher
erläutert. Fig. i zeigt in vereinfachter Darstellung eine Flugkolbenmaschinenanlage
nach der Erfindung,
Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Einzelheit
der Fig. i -in- zwei. verschiedenen Stellungen, Fig. 4 und _5 stellen - die Schaubilder
der. Gasleitung und der Drehzahlen während'-I' Betriebes mit verschiedenen Aufladegratl``,
dar.
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Fig. 6 und 7 zeigen in einem vereinfachten Beispiel die Leistungsverteilung
einerseits bei normalem Betrieb ohne Aufladung und andererseits bei Überlastbetrieb
mit Aufladung.
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Der Zylinder i enthält zwei Flugkolben 2 und 3, deren Bewegung durch
ein Gestänge 4, 5 und einen Hebel 6 synchronisiert ist. Beide Kolben erreichen zu
gleicher Zeit die innere und die äußere Umkehrlage. Entsprechende Zwischenstellungen
werden ebenfalls zu, gleicher Zeit durchlaufen. Im inneren Zylinderraum 7 vollzieht
sich die zur Arbeitsleistung notwendige Verbrennung, in den äußeren Zylinderräumen
8 und 9 die Verdichtung der Luft.
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Durch die Leitung io wird Luft der Flugkolbenmaschine zugeführt, die
über die Einlaßventile i i und 12 in die Zylinderräume S und 9 des Verdichters gelangt.
Nach Verdichtung strömt die Luft über die Auslaßventile 13 und 14 und durch die
Leitung 15 und den Kanal 16 zu den Spülschlitzen 17.
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Der Brennstoff wird durch die Leitung 18 der Einspritzvorrichtung
i9 zugeführt und dann in den Zylinderraum 7 eingespritzt.
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Die durch die Verbrennung entstehenden Gase und die überschüssige,
verdichtete Luft strömen als Treibgase durch die Auslaßschlitze 2o in .den Auslaßkanal
2i und aus diesem durch die Leitung 22 zu den Verbrauchsstellen.
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Ein erster Verbraucher, die Hauptturbine 24, entspannt die Abgase
unter Arbeitsentzug und läßt sie durch die Leitung 25 entweder ins Freie oder zu
weiteren, nicht gezeichneten Verbrauchsstellen, beispielsweise in Wärmeaustauscher,
abströmen. Die mechanische Leistung der Hauptturbine 24 wird zum Antrieb des Stromerzeugers
26 herangezogen, der durch die Leitung 27 mit einem nicht gezeichneten Verbrauchsnetz
verbunden ist. Die Welle der Turbine 24 treibt ferner eine Erregermaschine 28 an,
welche zur Erregung des Stromerzeugers 26 dient. Außerdem wird atich ein Regler
29 durch die Turbine angetrieben.
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Eine Hilfsturbine 30 ist durch eine Teilmenge der Treibgase
beaufschlagt, welche nach der Entspannung durch die Leitung 31 entweder ins Freie
oder zu weiteren, nicht gezeichneten' Verbrauchsstellen strömen; sie könnten beispielsweise
einer Zwischenstufe ,der Hauptturbine 24 zugeleitet werden. Die Hilfsturbine
30 treibt den Verdichter 32, der durch die Leitung 33 aus der Atmosphäre
Luft ansaugt und diese dann durch die Leitung io vorverdichtet der Flugkolben-,fnaschine
zuleitet. Wenn der Verdichter 32 ;ä:I,ßer Betrieb ist, kann die für den Betrieb
ner Flugkolbenmaschine notwendige Luft 'lürch die Leitung 35 über das Rückschlagorgan
36 unmittelbar aus der Atmosphäre angesaugt werden. In der Zufuhrleitung 23 für
die Treibgase ist ein Regelorgan 34 angebracht.
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Der Regler 29 (Fig. i und Fig. 2) ist mittels der Welle 37 (Fig. 2)
der Hauptturbine angetrieben. Die Hülse 38 1 steigt während einer Erhöhung der Drehzahl
bei Entlastung der Kraftmaschine und sinkt umgekehrt während eines Abfalls der Drehzahl
bei einer Belastung der Maschine. Die Hülsenbewegung wird dann durch den Hebel 39
und das Gestänge 4o auf das Regelorgan 34 (Fig. i, Fig. 2) in der Ansaugleitung
23 des Vorverdichters übertragen. Das Ventil 41 wird also bei Ansteigen der Belastung
geöffnet, bei Entlastung der Maschine aber geschlossen.
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Im Gestänge 40 ist ein Zylinder 42 vorgesehen, der eine Feder 43 enthält,
welche bei geöffneter Stellung des Ventils 41 den Kolben 44 gegen die Anschlagmutter
45 preßt. Erst nach Erreichen der Abschlußstellung des Ventils 41 (Fig. 3) wird
die Feder 43 bei weiterer Entlastung der Hauptturbine und weiterem Ansteigen der
Hülse 38 gespannt, wobei die weitere Regelung der Flugkolbenmaschinenanlage dann
beispielsweise durch Beeinflussung der nicht gezeichneten Brennstoffpumpe zu erfolgen
hat.
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Bei kleiner Belastung der Flugkolbenmaschinenanlage' ist das Regelorgan
34 (Fig. i) geschlossen; die zu verdichtende Luft wird dann über das Rückschlagorgan
36 unmittelbar aus der Atmosphäre angesaugt und in den Zylinderräumen 8 und 9 des
Verdichters auf einen bestimmten Druck, beispielsweise 4 Atm., verdichtet. Die verdichtete
Luft strömt durch die Einlaßschlitze 17 in den Arbeitszylinder 7 und gelangt dann,
die Abgase vor sich hertreibend, durch die Auslaßschlitze 2o in die Leitung 22.
Beim Durchlüften des Zylinderraumes 7 findet eine Kühlung statt. Bei verschlossenen
Schlitzen sammelt sich die Luft in der Leitung 15, um dann beim darauffolgenden
Freilegen von neuem die Abgase auszutreiben und zur Kühlung den Arbeitszylinder
zu durchströmen.
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Steigt die Leistung, so wird durch den Regler 29 das Regelorgan 34
geöffnet, so daß die Turbine 3o anfängt, den Verdichter 32 zu treiben. Die verdichtete
Luft strömt durch die Leitung io zu der Flugkolbenmaschine und schließt gleichzeitig
das Rückschlagorgan 36 in der Leitung 35. .-Durch die Vorverdichtung
wird
nicht nur das Gewicht der der Flugkolbenmaschinenanlage zugeführten Luft vergrößert,
sondern auch ihr Druck in der Leitung 15, beispielsweise von 4 Atm. auf 6 Atm.,
gesteigert, so daß einerseits eine größere Menge verdichteter Luft quer durch den
Arbeitsraum 7 in die Treibgasleitung 22 strömen kann und andererseits durch Verbrennen
einer vergrößerten Brennstoffmenge eine erhöhte Leistung zur Verdichtung der Luft
in den Arbeitsräumen 8 und 9 zur Verfügung steht.
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Der Verlauf einzelner Betriebsgrößen bei Veränderung des Vorverdichtungsdruckes
ist in den Schaubildern der Fig.4 und 5 dargestellt. Als Abszisse ist der Aufladedruck
der vorverdichteten Luft in der Leitung io, als Ordinate in Fig. 4 die Leistung
(kW) der zu der- Hauptturbine 24 geleiteten Treibgasmenge (TG) und der zu
der Hilfsturbine 30 geleiteten Teilmenge der Treibgase (TC) und in Fig. 5 die Drehzahl
(T/min.) gewählt.
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Es ergibt sich, daß bei nicht aufgeladenem Normalbetrieb für den Vorverdichter
keine Leistung verbraucht wird, und daß die Leistung TC des Verdichters erst mit
steigender Belastung der Hauptmaschine (TG) zunimmt.
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Um die in Fig. 4 aufgetragene Vorverdichtungsleistung (TC) zu erhalten,
muß gemäß Fig. 5 die Drehzahl des Vorverdichters die Iiurve.(nc) einhalten; er kann
demnach nicht von der eine unveränderliche Drehzahl nG einhaltenden Hauptturbine
angetrieben werden. Das Verhältnis zwischen dem Verlauf der Vorverdichtungsleistung
nach Fig. 4 und dem Verlauf der notwendigen Drehzahl des Vorverdicbters ist bei
der Auswahl der Regelvorrichtung 29, 34 (Fig. i bis 3) zu berücksichtigen.
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Die Fig.6 zeigt die Energieverteilung bei voller Leistung ohne Vorverdichtung.
Wenn die Leistung n, der aus der Hauptturbine TG und dem Stromerzeuger G bestehenden
Gruppe mit ioo % bezeichnet wird, wird von der aus der Hilfsturbine TC und dem Vorverdichter
C bestehenden Hilfsgruppe eine Leistung ia, = o °1o entwickelt. Die Luft
strömt dann der Flugkolbenmaschine F mit einem Druck von pa = i,o ata zu.
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B'ei Betrieb mit Aufladung (Fig. 7) mit einerri Vorv erdichtungsdruck
von p" = 1,2 ata steigt die Leistung ng der aus der Hauptturbine TG und dem
Stromerzeuger G bestehenden Gruppe, gemessen an den Verhältnissen ohne Aufladung
nach Fig. 6, auf 120 °Jo., Dabei entsteht eine Treibgasmenge von- i 15 °1o gegenüber
den Verhältnissen mit nicht aufgeladenem Betrieb, von denen dann ein Teil der Hilfsturbine
TC zugeleitet wird. Die Hilfsturbine entwickelt dann außerdem eine Leistung ia,
von 16 °1o, die in Form der vorverdichteten Luft der Flugkolbenmaschine F wieder
zurückgeführt wird.
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Gegenüber dem nicht aufgeladenen Betrieb steigt somit- bei aufgeladenem
Betrieb mit einer Vorverdichtung p, = 1,2 ata die Treibgasmenge von ioo auf I15
°1o und die Leistung der Hauptmaschine von ioo auf 120 °/o. Ein Hauptvorteil der
Erfindung besteht darin, daß durch dauernde Anpassung des Aufladebetriebs an die
Belastungsverhältnisse Verluste vermieden werden.