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Steuereinrichtung für Flugkolben-Brennkraft-Treibgaserzeuger Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung des Druckes und der Menge des von
einem Flugkolben-Brennkraft-Treibgaserzeuger erzeugten und einem Verbraucher, vorzugsweise
einer Turbine veränderlicher Leistung zugeführten Treibgases, und zwar steht die
genannte Steuereinrichtung unter dein Einfluß eines durch den Verbraucher eingestellten
Reglers.
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Es sind F lugkolben-Brennkraft-Treibgaserzeuger bekannt, bei denen
der Druck, mit dem das Treibgas aus dem Treibgaserzeuger austritt, im wesentlichen
unveränderlich ist und nur die Treibgasmenge durch die Veränderung der Hublängen
der Flugkolben veränderlich ist. Es bereitet keine wesentlichen Schwierigkeiten,
diese Treibgaserzeuger mit Hilfe an sich bekannter Luftpolster, die zweckmäßigerweise
in besonderen Polsterräumen untergebracht sind, im gleichmäßigen Lauf zu halten.
Der Mangel dieser bekannten Treibgaserzeuger besteht jedoch darin, daß die Unveränderlichkeit
des Druckes des von ihnen erzeugten Treibgases vielfach nicht dem Bedarf der durch
das Treibgas angetriebenen Maschine entspricht. Wenn z. B. diese Maschine eine Turbine
ist, so muß nicht nur die Menge des zum Turbinenantrieb dienenden Treibgases entsprechend
der Turbinenleistung veränderlich sein, sondern für einen guten Wirkungsgrad der
Turbine ist auch eine weitgehende Veränderlichkeit des Treibgasdruckes unerläßlich.
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Es sind weiterhin auch Treibgaserzeuger mit Flugkolben bekannt, die
derart arbeiten, daß sie das Treibgas nicht nur in veränderlicher Menge, sondern
auch mit veränderlichem Druck ausstoßen können, so daß das dem Verbraucher zugeführte
Treibgas schon gleich bei seinem Austritt aus dem Treibgaserzeuger dem Bedarf des
Treibgasverbrauchers entspricht. Bei den letztgenannten Treibgaserzeugern erfordert
jedoch die Aufrechterhaltung des gleichmäßigen Laufs die Anwendung von Sondermaßnahmen,
da die Veränderlichkeit des Ausstoßdruckes des Treibgases einen die Gleichmäßigkeit
des Laufes des Treibgaserzeugers erheblich beeinflussenden zusätzlichen Faktor darstellt.
Die T reibgaserzeuger der letztgenannten Art sind daher verwickelter als die Treibgaserzeuger
mit gleichbleibendem Ausstoßdruck.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine selbsttätige Steuereinrichtung
zu schaffen, durch die es ermöglicht wird, einen mit gleichbleibendem Ausstoßdruck
arbeitenden Flugkolben-Brennkraft-Treibgaserzeuger für die Belieferung eines Verbrauchers
geeignet zu machen, der nicht nur eine Veränderung der Menge, sondern auch eine
Veränderung des Druckes des Treibgases erfordert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird
dies dadurch
erreicht, daß in die Leitung zwischen dem Treibgaserzeuger und dem Treibgasv erbraucher
eine von dem Regler. des letzteren unmittelbar oder mitteibar@, .esteuerte Drosselvorrichtung
eingeschaltet .ist;;. durch die der vor ihr herrschende . DrAk.' ständig mindestens
annähernd gleichbleiben gehalten und der hinter ihr herrschende Druck entsprechend
dem Bedarf des Treibgasverbrauchers mehr oder weniger gesenkt wird, und daß ferner
der genannte Regler gleichzeitig eine Steuerung für die dein Treibgasverbraucher
zuströmende Treibgasmenge einstellt.
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Auf diese Weise werden die Vorteile der Verwendung eines leicht auf
gleichmäßiges Arbeiten zu bringenden Flugkolbentreibgaserzeugers mit unveränderlichem
Ausstoßdruck mit den Vorteilen einer genauen Anpassung des Treibgasdruckes und der
Treibgasmenge an den veränderlichen Druck- und Mengenbedarf des Verbrauchers miteinander
vereinigt. Selbstverständlich muß der Ausstoßdruck des Treibgaserzeugers dem größten
Druckbedarf des Treibgasverbrauchers entsprechen, so daß der Druck des dem Treibgasverbraucher
tatsächlich zuströmenden Gases durch eine mehr oder weniger starke Drosselung des
unveränderlichen Ausstoßdruckes des Treibgaserzeugers auf den jeweils notwendigen
Wert gebracht werden kann.
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Die von dem Regler des Treibgasverbrauchers gesteuerte Mengenregelung
des Treibgases kann durch Einstellung eines Auslaßventils oder durch Zu- oder Abschaltung
eines Treibgaserzeugers oder deren mehrerer, oder durch Einwirkung auf die Brennstoffeinspritzung
des Treibgaserzeugers zwecks Veränderung des Ausstoßhubes der Freiflugkolben bewerkstelligt
werden.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß es bei Treibgaserzeugern mit Kurbeltrieb,
also bei Treibgaserzeugern, deren Gattung von dem Erfindungsgegenstand grundsätzlich
verschieden ist, an sich bekannt ist, für eine kurze Übergangszeit bei rascher Änderung
des Treibgasbedarfs des Treibgasverbrauchers ein Auslaßventil zu öffnen. Hierbei
handelt es sich aber uni eine Ausnahmeregelung, die immer nur höchstens ganz kurze
Zeit andauert. Außerdem fehlt bei dieser bekannten Einrichtung die für die Erfindung
kennzeichnende Drosselung des im wesentlichen unveränderlichen Ausstoßdruckes des
Treibgaserzeugers. Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. i im Längsschnitt eine erste Ausführungsform der Steuereinrichtung
gemäß der Erfindung, die zwischen einem Flugkolben-Brennkraft-Treibgaserzeuger,
der ein Treibgas von unveränderlichem Druck liefert, und einer Turbine eingeschaltet
ist. , =t Fig.2 ist ein die Wirkung des Gegeni'tandes der Fig. i erläuterndes Schaubild.
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" .` Fig. 3 stellt eine zweite Ausführungsforen 4r Erfindung dar.
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Fig. 4. veranschaulicht eine Anlage gemäß der Erfindung mit mehreren
zu- und abschaltbaren Flugkolben-Brennkraft-Treibgaserzeugern.
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Fig. 5 stellt im Schnitt einen Teil der Anlage gemäß Fig. ¢ dar.
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Die in der Zeichnung nicht dargestellten Flugkolben-Brennkraft-Treibgaserzeuger
gehören zweckmäßig zu derjenigen Bauart, bei der die in den Verdichterzylindern
des Treibgaserzeugers erzeugte Druckluft mindestens zum erheblichen Teil unter Überdruck
durch die Brennkraftzylinder des Treibgaserzeugers als Spülluft hindurchgefördert
wird, um sich mit den heißen, nur teilweise entspannten Auspuffgasen zu mischen,
so daß auf diese Weise ein heißes, unter Druck stehendes Treibgas geschaffen wird.
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Die in Rede stehenden Treibgaserzeuger sind an sich bekannt, so daß
ihre nähere Beschreibung überflüssig ist, und es genügt, wenn in den Zeichnungen
ihr Platz innerhalb der Gesamtanlage angegeben ist.
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Die anzutreibende Maschine besteht aus wenigstens einer Turbine, deren
Leistung in bekannter Weise bei ein und demselben Grad der Treibgaseinführung durch
eine charakteristische Kurve bestimmt ist, und zwar gehört zu jedem Druck eine besondere
Kurve.
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Bei der in den Fig. i und 2 dargestellten Ausführungsforen der Erfindung
ist -ein Druckluftverdichter i, der Luft von gleichbleibendem Druck und gleichbleibender
Menge liefert, an die Turbine 2 mittels einer Leitung 3 angeschlossen. Die Leitung
3 besitzt eine Abzweigung mit einem Anlaßorgan, das aus einem V erschlußventil 4
(z. B. Klappe oder Schieber) besteht. Der Anhub oder die öffnung dieses Ventils
ermöglicht es einem Teil des Antriebsmittels, durch eine Leitung 5 zu entweichen,
welche beispielsweise in der freien Luft oder in einem Auslaßbehä_Iter mündet.
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Das V erschlußorgan 4 kann durch eine Stange 6 und einen . Kolben
7 eingestellt werden. Lezterer steht auf seiner Oberseite unter dem Druck, der in
der Leitung 3 herrscht, d. h. also unter dem Druck vor der Turbine. Zur Übertragung
dieses Druckes dient die Leitung B. Auf die Unterseite des Kolbens 7 wirkt eine
Feder g, deren Spannung entweder nach Belieben oder selbsttätig unter derWirkung
des Reglers io derTurbine veränderlich ist. Zur Spannungsveränderung mittels des
Reglers dient eine Hülse i i, die
längs der Stange 6 gleiten kann
und die Auflagerplatte 12 der Feder g trägt.
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In Fig. 2 ist mit A der Betriebspunkt bezeichnet, der der Vollast
der Turbine entspricht, und zwar gehören zu der Vollast die Treibmittelmenge 0°
und der Druck p° auf der Kurve I und die Leistung P° (Punkt Al) auf der Kurve Il.
Wenn die Widerstandsleistung gleich P1, also kleiner als P° wird, wobei die Leistung
P1 dem Druck p1 und der Menge Q1 (Punkt B) entspricht, liefert der Verdichter i
zu viel Luft bei einem zu hohen Druck, so daß die Turbine die Neigung hat durchzugehen.
Da jedoch der Regler io die Spannung der Feder q erhöht, wird das Verschlußventil
4 um den Betrag geöffnet, der zur Herstellung des neuen, der Leistung P1 entsprechenden
Gleichgewichts notwendig und ausreichend ist. Nach Herstellung des Gleichgewichts
zwischen Leistung und Antriebsmittel befindet sich auch das Verschlußventil 4. unter
der Wirkung des neuen Drucks p1 und der Spannung der Feder 8 im Gleichgewicht, während
der Regler seine Normalstellung wieder eingenommen hat.
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Wenn jedoch der Turbine eine größere Luftmenge unter höherem Druck
zugeführt werden soll, was sich durch eine zeitweilige Verlangsamung der Turbine
kundtut, entspannt der Regler io die Feder g, wodurch die teilweise oder vollständige
Schließung des Verschlußventils 4. hervorgerufen wird, und zwar dauert dies, bis
ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht ist.
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Um ein zufrieden stellendes Arbeiten des Drucklufterzeugers zu sichern,
dessen Ausstoßdruck auf seiner normalen Höhe gehalten werden soll, ist beispielsweise
zwischen dem Drucklufterzeuger i und der Leitung 3 ein Verschlußventil 13 vorgesehen,
das selbsttätig von einem Kolben 14 gesteuert wird. Dieser Kolben steht unter dem
Druck in der Leitung 3 und unter der Wirkung einer Gegenfeder 15. Diese beiden Glieder
arbeiten derart zusammen, daß das Verschlußventil 13 durch seine Schließung- die
Verringerung des Ausstoßdruckes des Druckgaserzeugers i hindert, wenn der Druck
in der Leitung 3 null oder ungenügend ist.
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Wenn die .'Möglichkeit besteht, die Liefermenge des Treibgaserzeugers
i beispielsweise durch Mengenregelung der Brennstoffeinspritzung zu verändern, geht
man von dem Betriebszustand, der dem Punkt A (Fig. 2) entspricht, z u dem Betriebszustand,
der einer kleineren Leistung, z. B. der durch den Punkt B gekennzeichneten Leistung
entspricht, dadurch über, daß man einerseits auf die Leistung des Treibgaserzeugers
einwirkt und andererseits den Druck, mit dem die Druckluft in die Turbine eintritt,
regelt. Die Leistung des Treibgaserzeugers wird dadurch geregelt, daß die Brennstoffeinspritzung
dem Leistungsbedarf der Turbine angepaßt wird, während der Eintrittsdruck der Preßluft
in die Turbine durch ein vor letzterer angebrachtes Drosselorgan gesteuert wird.
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Gemäß der Erfindung werden die zur Regelung der Treibmittelmenge und
des Treibmitteldrucks v örgesehenen Steuerkörper derart miteinander gekuppelt, daß
einer Verringerung der Treibmittelmenge selbsttätig diejenige Verringerung des Treibmitteldrucks
entspricht, welche ein einwandfreies Arbeiten der Turbine sichert, gleichgültig,
welches auch immer die zu erzeugende Leistung sei.
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Gemäß Fig. 3 dient ein und dieselbe Stange 18 zur Steuerung des die
Mengenregelung der Einspritzpumpe bewirkenden Steuergliedes 16 und der Klappe 17,
welch letztere je nach ihrer Stellung eine kleinere oder größere Drosselung des
Antriebsmittels bewirkt. Die Stange 18 steht unter der Wirkung des Reglers los Zwischen
diesen beiden Teilen ist beispielsweise ein durch Drucköl einstellbares Relais 1g
eingeschaltet, dessen Schieber 20 unmittelbar von dem Regler io gesteuert wird,
und das beispielsweise durch eine Pumpe 21, die durch die Turbine 2 angetrieben
wird, mit Drucköl versorgt wird.
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Wenn die Belastung der Turbine abnimmt, hat diese das Bestreben durchzugehen.
Infolgedessen verstellt der Regler den Schieber 2o derart, daß er die Leitungen
22 und 23 miteinander verbindet. Das Drucköl wirkt dann auf die rechte Seite des
Relaiskolbens i g und verschiebt ihn zusammen mit der an ihm befestigten Stange
18 nach links. Hierdurch, wird einerseits die Menge des eingespritzten Brennstoffs
verringert und andererseits die Klappe 17 weiter geschlossen, so daß ein größerer
Druckabfall auftritt.
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Eine Erhöhung der Belastung der Tufbine hat wegen der damit verbundenen
zeitweiligen Verlangsamung der Turbine 4 eine umgekehrte Wirkung. Der Schieber 2o
wird dann durch den Regler io im entgegengesetzten Sinne verstellt, und das (öl
wirkt auf die andere Seite des Relaiskolbens 1g, indem es von der Leitung 23 in
die Leitung 24 eintritt.
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Sobald die Turbine infolge der Wiederherstellung des Gleichgewichts
zwischen der antreibenden Leistung und der Widerstandsleistung ihre normale Gangart
wieder angenommen hat, unterbricht der Schieber 2o jede Verbindung zwischen der
Pumpe 21 und dem Relais 1g, so daß die Teile 16 und 17 in ihrer Stellung verbleiben.
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Auch bei großen Anlagen, bei denen mehrere Treibgaserzeuger, die mit
gleichbleibendem
Druck und gleichbleibender Liefermenge arbeiten,
an ein und dieselbe Turbine oder an mehrere getrennte Turbinen angeschlossen sind,
wird die Leistung der Anlage durch den freien Austritt einer bestimmten Treibmittelmenge
geregelt. Jedoch wird die Menge des verlorengehenden Treibmittels dadurch wesentlich
verringert, daß man die vorstehend beschriebene Regelart mit einer weiteren Regelung
v erbindet, gemäß der je nach der Belastung der Turbine eine Einheit oder mehrere
Einheiten angehalten oder in den Leerlauf versetzt werden.
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Hierbei wird das von jedem Druckgaserzeuger gelieferte Antriebsmittel
in je eine der Turbinen oder in j e einen Einlaßraum ein und derselben Turbine mit
unterteilbarer Treibgaseinblasung eingeleitet, und die Ein-und Ausschaltung der
verschiedenen Treibgaserzeugereinheiten erfolgt entsprechend der Augenblicksbelastung
der angetriebenen Maschine.
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Bei der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise
drei Treibgaserzeuger il, i2, 13 vorgesehen, die das von ihnen erzeugte Treibgas
durch Leitungen 31, 32 und 33 den verschiedenen Einlaßräumen 21, 2= und 23 der gleichen
Turbine 2 zuführen. Die einzelnen Auslaßventile 41, 42 und 43, die an den Leitungen
31, 32 und 33 vorgesehen sind, werden zweckmäßigerweise durch ein gleiches, mechanisches,
hydraulisches, pneumatisches oder elektrisches Relais derart gesteuert, daß diese
Auslaßventile j e nach ihrem Öffnungsgrad eine um so größereTreibmittelmenge austreten
lassen, je geringer die Belastung der Maschine ist. Die Anlaßeinrichtung der Treibgaserzeuger
ist derart ausgebildet, daß jede Treibgaserzeugereinheit selbsttätig in Gang gesetzt
wird, sobald der Druck, welcher in der Förderleitung der unmittelbar vorhergehenden
Einheit herrscht, genügend geworden ist. Dieser Druck wird durch Leitungen 252 und
253 übertragen, während die Anlaßleitung 251 des Treibgaserzeugers il mit
einer äußeren Druckluftquelle in Verbindung steht. Die genannte Anlaßeinrichtung
ist ferner derart beschaffen, daß sich die Treibgaserzeuger selbsttätig anhalten,
wenn der Druck, welcher durch eine der Leitungen 25l, 252 und 253 übertragen wird,
unter einen bestimmten Wert sinkt.
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Wenn die Belastung der Turbine sinkt, so kann lediglich der Auslaßschieber
des letzten in Tätigkeit befindlichen Treibgaserzeugers verstellt werden, während
die anderen Schieber durch eine zweckmäßigerweise selbsttätig wirkendeVorrichtung
in ihrer Schließstellung verblockt sind. Ein Beispiel für die genannte, selbsttätig
wirkende Vorrichtung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Diese Vorrichturig ümfaßt
einen Kolben 26, und zwar ist für jedes der Ventile oder Schieber 41 und 42 ein
besonderer Kolben 26 vorgesehen. Der Kolben 26 steht auf seiner einen Seite unter
dem Druck in der Förderleitung 32 oder 33. des folgenden Treibgaserzeugers, während
auf seine andere Seite eine Feder 27 wirkt. Jeder Kolben treibt einen Schieber 28
an, der je nach seiner Stellung einem Antriebsmittel, beispielsweise Drucköl, den
Eintritt in einen Zylinder 29 öffnet oder verschließt. In diesem Zylinder wirkt
das Antriebsmittel auf einen Kolben 30 ein, der unter der Gegenwirkung einer
Feder 31 steht, wodurch der zugehörige Schieber 41 oder 42 eingestellt wird.
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Das Drucköl wird von- einer Pumpe 32 geliefert, die beispielsweise
von der Turbine angetrieben wird. Die Verteilung des Drucköls wird durch einen Verteiler
gesteuert, der von Hand eingestellt wird oder besser noch mit dem Regler io der
Turbine verbünden ist. Der in Rede stehende Verteiler kann beispielshalber aus einem
Schieber 33 mit zwei Schieberkörpern bestehen. Je nach der Stellung des Schiebers
33 wird die Speiseleitung 34 des Zylinders 29 entweder mit der Druckleitung der
Pumpe oder mit der Auslaßleitung 36 verbunden, oder aber jede Verbindung zwischen
diesen verschiedenen Leitungen wird unterbrochen.
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Wenn die Treibgaserzeuger il, i'= und i3 in Betrieb sind und die Belastung
der Turbine abnimmt, setzt der Regler io die Leitungen 35 und 34 miteinander in
Verbindung. Infolgedessen gelangt -Drucköl in den Zylinder 29 des Schiebers 43,
welcher durch den zugehörigen Kolben 30 geöffnet wird. Infolgedessen nimmt
der Druck in der Leitung 33 ab. Sobald der Schieber 43 völlig geöffnet ist, reicht
der Druck in der Leitung 33 nicht mehr aus, um den Schieber 28 des Schieberventils
42 geschlossen zu halten. Durch die Öffnung des Schiebers 28 gelangt Drucköl in
den zugehörigen Zylinder 29, wodurch das Schieberventi142 geöffnet wird. Die Folge
davon ist, daß der Druck in der Leitung 32 sinkt und der Treibgaserzeuger 13 angehalten
wird. Der Treibgaserzeuger i3 kann sich erst dann wieder in Gang setzen, wenn das
Schieberventil 42 völlig geschlossen ist, was erst eintritt, wenn die Belastung
der Turbine zunimmt und der von dem Regler io gesteuerte Schieber 33 die Leitung
35 schließt und die Leitung 34 mit der Auslaßleitung 36 verbindet. Die Folge hiervon
ist, daß der Druck in dem Zylinder 29, dessen Kolben das Schieberventil 4# einstellt,
zu wirken aufhört, so daß der genannte Kolben durch die zugehörige Feder 31 in die
Schließstellung zurückgebracht wird.
Es sei ausdrücklich nochmals
betont, daß ini vorstehenden nur Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben
sind, auf die die Erfindung weder Hinsichtlich der Ausbildung der Turbinen oder
der Treibgaserzeuger noch hinsichtlich der Verbindungsmittel zwischen diesen Maschinen
oder der Relais, die zwischen dem Regler und den Steuergliedern vorgesehen sind,
beschränkt ist.