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Verfahren zum Betriebe mehrstufiger Verpuffungsbrennkraftturbinenanlagen
und. Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage.zur Durchführung des Verfahrens Zur Erzeugung
gasförmiger Treibmittel für die Beaufschlagung von Turbinen, welche mechanische
Arbeit leisten und daher Kraftwerkturbinen genannt werden, stehen zwei grundsätzlich
zu unterscheidende Verfahren zur Verfügung, nämlich das Gleichdruck- und das Gleichraumverfahren.
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Bei dem Gleichdruckverfahren werden die Treibgase in Verbrennungskammern,
denen die Verbrennungsluft unter Druck zugeführt wird, bei gleichbleibendem Verbrennungsdruck
erzeugt. Da die Verdichter, welche die zuzuführende Luft unter Druck setzen, eine
entsprechende Antriebsleistung erfordern, zu deren Hergabe innerhalb einer geschlossenen
Anlage nur die Kraftwerksturbine zur Verfügung steht, kann diese somit nur einen
Teil ihrer Leistung als äußere Arbeit abgeben, etwa in Form elektrischer Energie,
die in ein Netz gelangt.
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Beim Gleichraumverfahren, zu dessen Durchführung Explosions- oder
Verpuffungsturbinen dienen, werden die Treibgase durch Verpuffung eines unter Druck
stehenden Brennstoffgemisches erzeugt. Da die bei einer Verpuffung frei werdende
Energie allein ausreicht, um die erforderliche Verdichtungsleistung aufzubringen,
kann im Gegensatz zum Gleichdruckverfahren der volle Betrag der in den Treibgasen
verfügbaren Feuergasenergie in Kraftwerkturbinen umgesetzt werden.
Es
liegt nahe, die Wärmewirtschaftlichkeit eines derartigen Verfahrens noch durch Erhöhung
von Druck und Temperatur der Treibgase bei gleichbleibendem Auspuffdruck (atmosphärischer
Gegendruck) zu steigern. Man könnte sogar daran denken, den Gegendruck noch unter
den atmosphärischen Druck hinunterzuziehen. Da aber die Ausströmgase nicht wie Wasserdampf
kondensieren, so ist der Gewinn durch eine bis unter den Atmosphärendruck getriebene
Expansion gering, weil der erforderliche Exhaustor den größten Teil der so zu gewinnenden,
zusätzlichen Arbeitsleistung in Form von Pumparbeit verzehren würde.
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Das T-S-Diagramm der Fig. i veranschaulicht am klarsten die insoweit
in Betracht kommenden Verhältnisse. Als Ordinaten sind aufgetragen die absoluten
Temperaturen in ° Kelvin, die Abszissen zeigen die Entropiewerte. Die insgesamt
umrandete Fläche entspricht der Wärmezufuhr Q. Die Fläche c ist das Äquivalent der
in der Kraftwerksturbine verfügbaren Leistung, während Fläche d, die in die Bildebene
hineingeschoben worden ist, das Äquivalent der zur Kompression der Verbrennungsluft
erforderlichen Energie darstellt. Beides gilt sowohl für die Gleichdruck- als auch
für die Gleichraumverbrennung. Kennzeichnend aber für das Verpuffungsverfahren ist
die zusätzliche Arbeitsfläche a + b als Äquivalent der in einer Verpuffungsturbine
verfügbaren, zusätzlichen Leistung, die durch die Explosion eines zündfähigen Gemisches
beim V erpuffungsverfahren im Gegensatz zu dem einfachen Abbrennen desselben beim
Gleichdruckverfahren entsteht.
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Bei der Gleichdruckverbrennung muß die Fläche d, dividiert durch den
Kompressorwirkungsgrad, als negative Arbeit durch einen Teil der positive Arbeit
darstellenden Fläche c aufgebracht werden. Die in der Kraftwerksturbine in äußere
Arbeit umsetzbare Arbeitsfläche ist also um das erwähnte Äquivalent kleiner als
die dargestellte Fläche c der Fig. i.
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Auch bei der Gleichraumverbrennung muß für die Fläche d der negativen
Kompressionsarbeit eine Kompensation gefunden werden. Zur Kompensation stehen jedoch
-außer der Fläche c positiver Arbeit der Kraftwerksturbine auch noch die Flächen
d + b positiver Arbeit der Verpuffungsturbine zur Verfügung, so daß man die
Möglichkeit hat, die zuletzt genannten Flächen zur Deckung der Verdichtungsleistung
voll heranzuziehen, ohne die Arbeitsfläche c der Kraftwerksturbine zu schmälern.
Man-kann dieFlächen a + b,zumgleichen Zweck voll ausnutzen und außerdem auch noch
einen Teil der Arbeitsfläche c zur Umsetzung in Kompressionsleistung heranziehen.
Man kann ebenso die Fläche c voll und ganz zur Kompensierung der negativen Arbeit
verwenden, ohne auch nur einen Teil der Arbeitsflächen d + b für Verdichtungszwecke
in 1a nspruch zu nehmen : man kann schließlich sowohl die Arbeitsfläche c voll ausnutzen
und auch noch einen Teil der Flächen a + b zur Kompensation verwenden.
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In allen Fällen verbleibt unterhalb der der Atmosphäre entsprechenden
Linie ein unschraffiert gelassenes, freies Feld zur weiteren Ausnützung, sei es,
daß auf diese Weise, wie bei Gleichdruckturbinen, Verbrennungsluft vorgewärmt wird,
sei es, daß man, wie bei Verpuffungsturbinen, eine zusätzliche Dampferzeugung vorsieht.
In jedem Falle führt eine derartige Abwärmenutzung zu einer ziemlich -erheblichen
Komplikation der Gesamtanlage in bezug auf Kosten, Raum- und Gewichtsbeanspruchungen
sowie Bedienungsnotwendigkeit und Sicherheitseinrichtungen.
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Fig. a zeigt die in Betracht kommenden Verhältnisse für den Fall des
Verpuffungsv erfahrens am Beispiel eines p-v-Diagramms, wobei die Ordinaten den
in einer Verpuffungskammer auftretenden Drücken entsprechen, während die Abszissen
das Feuergasvolumen in m3/nm' wiedergeben. Man erkennt aus dieser Figur vor allem
die Einzelgrößen der Arbeitsflächen a und b der Verpuffungsturbine. Vorliegende
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die durch die Fig. i dargestellten, an
sich bekannten Verhältnisse zur Verwirklichung weiterer, als vorteilhaft erkannter
Möglichkeiten zu dienen vermögen, vor allem dann, wenn die Notwendigkeit entsteht,
auf die Ausnutzung des Arbeitsäquivalents der in Fig. i unschraffiert gelassenen,
leeren Fläche unterhalb der Atmosphärenlinie verzichten zu müssen. Eine derartige
Notwendigkeit entsteht beispielsweise bei Flugzeugtriebwerken, deren naturgegebene
Gewichts- und Raumbeschränkungen es nicht zulassen, schwere und sperrige Wärmetauscher
zur Anwendung zu bringen, die nun einmal für jede Abwärmeverwertung erforderlich
sind und die um so schwerer und sperriger ausfallen, je kleiner die Wärme- und Temperaturgefälle
werden, d. h. je weiter die Ab-«ärmeausnutzung getrieben werden soll und muß. Die
Erfindung beruht auf der weiteren Erkenntnis, daß es selbst bei Verzicht auf die
Ausnutzung der Abwärme möglich ist, den Kompressionsaufwand, gegeben durch die Fläche
d, völlig durch die Leistungsentwicklung in den Flächen a + b der Verpuffungsbrennkraftturbine
unter voller Berücksichtigung aller auftretenden Wirkungsgrade zu decken, wenn man
sich, ausgehend von bereits bekannten Anlagen, mit einer Eingangs- oder Hochdruckstufe,
der aus den Verpuffungskammern unmittelbar entnommene Frischgase zugeführt werden,
un-i mit einer Ausgangs- und Niederdruckstufe, die Ausströmgase aus Vorschaltstufen
und aus den Verpuffungskammern verdrängte Restfeuergase erhält, des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Verfahrens bedient, nach welchem eine Mitteldruckstufe sowohl mit
aus den Verpuffungskammern unmittelbar entnommenen Frischgasen als auch mit Ausströmgasen
aus Vorschaltstufen beaufschlagt wird. Unter Frischgasen sind also den V erpuffungskammern
unmittelbar entnommene Gase mit einer oberhalb des Druckes der Ladeluft liegenden
Spannung verstanden. Durch das vorgeschlagene Verfahren ergibt sich die Möglichkeit,
in allen Stufen, unabhängig von deren Zahl, für das Auftreten von Gegendrücken zu
den beaufschlagenden Drücken zu sorgen, die mit annähernd
gleicher
Charakteristik und synchron mit letzteren auftreten, so da:ß die einzelnen Beschaufelungen
jeweils Treibgase etwa gleichbleibenden Enthalpiegefälles verarbeiten. Dadurch können
die Radwirkungsgrade auf Werte erhöht werden, die in Verbindung mit dem hohen thermischenWirkungsgrad
des Gleichraumverfahrens zu so günstigen Gesamtwirkungsgraden führen, daß die bisher
für unbedingt erforderlich gehaltene Abwärmegewinnung mit ihren schweren, sperrigen
und kostspiefigen Wärmetauschern in Fortfall kommen kann.
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Beibehalten werden kann auch der an sich bekannte Vorschlag, das insgesamt
zur Verfügung stehende Arbeitsgefälle so aufteilen zu können, daß Eingangs- und
folgende Mittelstufen den Leistungsaufwand hergeben, der zur Versorgung der Verpuffungskanimern
mit Betriebsmitteln, insbesondere also zur Verdichtung der Verbrennungsluft, des
Brenngases usw. erforderlich ist, während die Leistung der Ausgangsstufe als äußere
Arbeit der Anlage abgegeben wird. Das hat den Vorteil, daß eine aus Hochdruck- und
Mitte.ldruckstufen bestehende Turbineneinheit einen rotierenden Treibgaserzeuger
darstellt,. der an die Stelle des bei Wärmekraftwerken bisher erforderlichen Dampferzeugungsaggregates
tritt, während die in der Ausgangs- oder Niederdruckstufe Anwendung findenden Turbineneinheiten
nur den besonderen Verhältnissen des Treibmittels anzupassen sind.
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Dabei ist es weiterhin möglich geworden, die Bemessung der Einzelgefälle
so vorzunehmen, daß einkränzige Räder mit Umfangsgeschwindigkeiten über
250 m/sec, insbesondere mit Umfangs: geschwindigkeiten von etwa
300 m/sec zur Anwendung kommen können. Es gelingt so, den Radwirkungsgrad
in Verpuffungsturbinen trotz des für sie charakteristischen Expansionslinienverlaufes
bis zu 85 °/o zu erhöhen, also ein Gebiet zu verwirklichen, das bisher als besonderer
Vorzug der Gleichdruckturbinen gegenüber der Verpuffungsturbine angesehen wurde.
Berücksichtigt man nun das thermodynamisch günstigere Arbeitsverfahren der Verpuffungsturbine,
das durch den Flächenzuwachs ca -E- b im Verhältnis zur Fläche c oder, was
auf das gleiche hinausläuft, durch die Kompensierbarkeit der Fläche d mittels der
Flächen a -E- b ohne jedwede Beeinträchtigung der Fläche c zum Ausdruck kommt, während
letztere bei der Gleichdruckturbine ganz allein den Ausgleich der Fläche d tragen
muß, so kann der erfindungsgemäß erreichte Fortschritt unmittelbar aus dem Diagramm
der Fig. i abgelesen werden. Damit sind jedoch die durch die Erfindung erreichbaren
Vorteile in keiner Weise erschöpfend aufgezählt, vor allem besteht auch die Möglichkeit,
die geschaufelung weitgehend abzuschirmen, also den Ventilationswiderstand zu vermindern,
ganz abgesehen von zahlreichen baulichen Vorteilen, deren Erläuterung in diesem
Zusammenhang entbehrlich erscheint.
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Als Beaufschlagungsspannung der Ausgangsstufe wird zweckmäßig in an
sich bekannter Weise der Druck der den Verpuffungskammern zur Verdrängung der Restfeuergase
zugeführten Ladeluft bestimmt, weil dadurch die Möglichkeit entsteht, den Arbeitsspielabschnitt
der Ladung bei gleichzeitiger Verdrängung des Feuergasrestes von der vorhergehenden
Verpuffung her zeitlich stärksten.s zu verkürzen, so daß die Arbeitsspielzahl der
Turbine in der Zeiteinheit auf einen Wert zu bringen ist, bei dem die bei _ Flugzeugtriebwerken
zu erstrebende Umsetzung von mindestens Ios k-1/h,.- @ erpuffungsraum auftritt.
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Dasneue Verfahren führt zu einer großen Zahl mit ihm unmittelbar verbundener,
vorteilhafter Wirkungen, bezüglich deren bereits auf die Freiheit hingewiesen wurde,
die nunmehr in bezug auf Drehzahl und Leistung in der Ausgangsstufe zu verwendender
Kraftwerksturbinen anläßlich der Anpassung an die jeweiligen Besonderheiten der
leistungsaufnehmenden Maschinen gewinnt. Die Eingangs- und Mittelstufe umfassende
Verpuffungsturbine unterliegt keinerlei Anpassungsnotwendigkeiten an den jeweiligen
Einzelfall mehr. Die einzige Forderung an sie beschränkt sich auf die Erfüllung
der Bedingung, den verschiedenartigst ausgestalteten Kraftwerksturbinen oder sonstigen
in der Ausgangsstufe verwandten Verbrauchern das erforderliche Treibgas liefern
zu müssen, so daß die Verpuffungsturbine selbst trotz Anpassungsnotwendigkeit und
Anpassung der Anlage als Ganzes an die verschiedensten Zwecke als einheitlicher,
geradezu genormter oder normfähiger Anlageteil hergestellt werden kann; erst dn.durch
wird die Möglichkeit geschaffen, die Verpuffungsturbine als Einheitsaggregat in
größeren Serien erzeugen zu können, womit sich die Wirtschaftlichkeit derartiger
Anlagen ausschlaggebend erhöht.
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Entsprechende Rückwirkungen treten auch in bezug auf die Regelung
der Anlage ein. Infolge des Antriebes der Verdichter durch die Verpuffungsturbine
reicht eine einfache Drehzahlregelung der aus den Eingangs- -und der Mittelstufe
bestehenden Antriebsturbine völlig uus, während man andererseits einer als Ausgangsstufe
dienenden Kraftwerksturbine jede gewünschte, in Abhängigkeit von der Antriebsmaschine
stehende Drehzahl erteilen kann.
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Darüber hinaus führt die erfindungsgemäß herbeigeführte, räumliche
und weitestgehende funktionelle Unabhängigkeit zwischen Ausgangsstufe, d. h. zwischen
Kraftwerksturbine einerseits, zwischen Eingangs- und Mittelstufen, d. h. Verpuffungsturbine
andererseits dazu, den Zustand des Treibmittels selbst in der verschiedensten Weise
verändern, vor allem günstiger beeinflussen zu können. Eine derartige Änderung besteht
beispielsweise darin, daß den Frisch-, Ausström- und/oder Mischgasen, vorzugsweise
letzteren anläßlich der Überführung zurAusgangsstufe, zusätzliche Brenngase zugeführt
werden. Dasselbe kann in bezug auf Kühlgase getan werden. Es können auch Feuergasteilmengen
zugeführt und/oder, wie an sich bekannt, abgezapft und anderen Zwecken zugeführt
werden. Die Zufuhr von Zwischenwärme und/oder deren Abfuhr braucht sich nicht darauf
zu beschränken,
daß gleichzeitig Brenn- oder Kühlgase mengenmäßig
zu- oder abgeführt werden; es besteht ebenso die Möglichkeit der reinen Zwischenerhitzung
oder -überhitzung bzw. der Zwischenkühlung oder -unterkühlung ohne oder mit Druck-,
Mengen-, Temperatur- und/oder Wärmeinhaltsänderungen in den Fällen, in denen das
erwünscht und zweckmäßig ist. Ebenso können an Stelle von Brenngasen auch Feuergase
oder andere, etwa neutrale, inerte Gase, Gasmischungen, Dämpfe, Dampfmischungen,
Gas- und Dampfmischungen, Suspensionen, Emulsionen usw. ohne oder mit Änderung des
Druckes, der Menge, der Temperatur und/oder des Wärmeinhaltes, um nur die wichtigsten
Eigenschaften zu nennen, zugesetzt werden, beispielsweise bei Spitzenbelastungen
oder in Notfällen, ohne daß mit diesen Hinweisen die möglichen Veränderungen auch
nur einigermaßen erschöpfend dargelegt worden wären. Solche weiteren Möglichkeiten
sind beispielsweise dadurch gegeben, daß man die Feuergase teilt und die Teilströme
verschiedenen Zwecken, etwa verschiedenen Kraftwerksturbinen, zuführt.
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Es besteht die umgekehrte Möglichkeit der Vereinigung mehrerer, aus
verschiedenen Verpuffungsturbinen stammender Feuergasströme zu einem Gesamtstrom
unter Zuführung desselben zu einer gemeinsamen Kraftwerksturbine; das gleiche gilt
für gruppenweise Zusammenfassungeh oder Aufteilungen. Derartige Änderungen sind
nur durch die Besonderheiten jedes Einzelfalles bestimmt; alle denkbaren Einzelfälle
lassen sich ohne weiteres mit den erfindungsgemäß eröffneten, grundsätzlichen Gegebenheiten
befriedigen. Da in diesen Fällen die mindestens eine Eingangs- und eine Mittelstufe
aufweisenden Verpuffungsturbinen außerordentlich niedrige Werte an Raumbeanspruchungen,
Gewicht, Anlagekosten, Brennstoffverbrauch, Bedienungsnotwendigkeit usw. aufweisen,
eignen sie sich ganz besonders zur Herstellung von Flugzeugantrieben, da der hohe
Wirkungsgrad, d. h. der geringe Brennstoffverbrauch, es ermöglicht, der Kraftwerksturbinenonordnung
das Treibmittel zuzuführen, ohne daB in vor- oder zwischengeschalteten Wärmetauschern
die Abwärme zur Vorwärmung von Verbrennungsluft, Brennstoff, Brenngasen oder Wasser,
Dampferzeugung, -überhitzung, zur Bestreitung von Verdichtungsleistung od. dgl.
*ausgenutzt werden müßte. Dadurch wird die Anlage einfach, übersichtlich und leicht
bedienbar, d. h., sie erhält alle Eigenschaften, die von der modernen Kraftmaschinentechnik
in den genannten Sonderfällen, wie beispielsweise beim Antrieb von Flugzeugen, Schnellbooten,
Raketen, Spezialgeschossen usw., gefordert werden.
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Die Vorrichtungen zur Durchführung des neuen Verf ihrens können in
der verschiedensten Art und Weise ausgebildet sein. Sie kennzeichnen sich vorzugsweise
durch die an sich schon früher vorgeschlagene und bekannte mehrgehäusige Ausbildung
der Anlage. Hierbei wird man die Eingangsstufe und die ihr folgende Mittelstufe
mit Ausnahme der Ausgangsstufe im allgemeinen in einer ersten Gehäuseanordnung unterbringen,
während zur Aufnahme der Ausgangsstufe ein selbständiges, zweites Gehäuse vorgesehen
wird. Beide Gehäuse können also vor allem räumlich voneinander unabhängig und getrennt
aufgestellt und durch Überführungsleitungen für die Feuergase verbunden sein. Die
erste, primäre Anlage bildet also im wesentlichen den bereits erwähnten, umlaufenden
Treibgaserzeuger, der mit der Dampfkesselanlage der Dampfwerke vergleichbar ist,
während die Sekundäranlage aus der Kraftwerksturbine bzw. aus dem eigentlichen Kraftwerk
besteht.
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Die konstruktive Zusammenfassung kann darüber hinaus bis zur Vereinigung
des die Verpuffungsturbine aufnehmenden Gehäuses, der zugehörigen Verpuffungskammern
und der erforderlichen Hilfsmaschinenanordn.ung zu einer Treibgaserzeugereinheit
getrieben sein, wobei blockartige Aggregathildungen entweder Lalle Elemente oder
wenigstens einzelne oder Gruppen derselben umfassen können. Dasselbe gilt für die
Verbrauchereinheit, die also beim Auftreten von Turbinen als Verbraucher mindestens
aus einer Kraftwerksturbine besteht, meistens aber auch noch die angetriebene Maschine,
also etwa den elektrischen Generator, umfassen wird. Einer noch weiter getriebenen
baulichen Zusammenfassung würde es entsprechen, Treibgaserzeuger und Verbraucher
zu einer Einheit zusammenzufassen, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß
das Aggregat aüs Kraftwerksturbine und gegebenenfalls elektrischem Generator als
Sockel für den Treibgaserzeuger ausgebildet ist. Doch kommen derartige Ausbildungen
im wesentlichen nur für kleinere Einheiten in Betracht. Was für den elektrischen
Generator im Verbraucher ausgeführt worden ist, gilt gleicherweise für einen Kraftgasgenerator
im Erzeuger.
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Die Verbrauchereinheit kann unabhängig von -der Höhe ihres Treibgasverbrauches
eingehäusig ausgebildet sein, so daß sie unabhängig von der jeweiligen Dimensionierung
des Treibgaserzeugers einer oder mehreren Treibgaserzeugereinheiten zuzuordnen wäre.
Jedoch wird man bei größeren Leistungen auch den Verbraucher mehrgehäusig ausführen,
so daß auch hier wieder die Lage des Einzelfalles bestimmen wird, welche der grundsätzlich
angedeuteten Möglichkeiten als besonders vorteilhaft und zweckmäßig zu verwirklichen
sind.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel
einer eine Treibgas-und eine Verbrauchereinheit aufweisenden, vierkammerigen, dreistufigen
Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage. Im einzelnen gibt Fig. 3 eine Seitenansicht
auf die Anlage mit teilweisem Längsschnitt durch eine Verpuffungskammer wieder,
während Fig. q. einer Stirnansicht auf die Anlage nach Fig.3 mit teilweisem Querschnitt
durch einen Doppelkammerblock entspricht; Fig. 5 stellt das Q-h-(Diagramm einer
derartigen Anlage dar.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und
¢ weist die Besonderheit auf, duß eine räumliche Trennung zwischen einer eigentlichen
Treibgaserzeugereinheit und einer Verbrauchereinheit nicht durchgeführt worden ist,
sondern es ist im Gegenteil die die Leistung der .Verpuffungsturbine aufnehmende
Hilfsmaschine mit der Kraftwerksturbine baulich vereinigt worden, bildet also mit
ihr eine Einheit rein baulicher, nicht funktionelle Art, während andererseits der
Torso der Treibgaserzeugereinh.eit, nämlich die Verpuffungskammern und das Verpuffungsturbinengehäuse,
seinerseits zu einer baulichen Einheit verbunden worden ist. Derartige Abwandlungen
entsprechen der jeweils gegebenen Sachlage und berühren in keiner Weise den Erfindungsgedunken
selbst.
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Dieser Erfindungsgedanke kommt jedoch durch die Verwirklichung des
Verfahrens zum Ausdruck, daß der Eingangsstufe der Anlage aus den Verpuffungskammern
unmittelbar entnommene Frischgase, der folgenden Mittelstufe teils aus den Verpuffungskammern
unmittelbar entnommene Frischgase, teils Ausströmgase der vorgeordneten Eingangsstufe
und erst der Ausgangsstufe, also der Kraftwerksturbine, #a.usschließlich Ausströmgase
der beiden vorgeordneten Stufen, ohne Frischgaszusatz aus den Verpuffungskammern,
zugeführt 3verden. Vorhanden sind also zunächst vier Verpuffungskammern
e, f, g, h, wobei angenommen sei, die Verpuffungskammer e sei in Fig. 3 im
Schnitt dargestellt. Jede dieser Verpuffungskammern weist ein Ladeluftventil 5 mit
eingebautem Brennstoffeinspritzventil 6, eine L adeluftzuleitung 7, eine Brennstoffzuführüngsleitung
8, eine Ladeluftventilsteuerung 9, ein venturidüsenartig gestaltetes Einhaßende
io mit anschließendem schlankem Diffusor und nicht bezeichnete Zündungseinrichtungen
auf.
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Als Eingangsstufe dient die einkränzige Beschaufelung 12 des Rades
13 des Turbinenläufers 24.. Der Beschaufelung 12 vorgeordnet ist eine Düsenanordnung,
die im Ausführungsbeispiel aus vier Einzeldüsen 15 besteht, wobei die Einzeldüsen
15 e, 15 f usw. in Fig. 4, rechte Hälfte erkennbar sind. Jede dieser Einzeldüsen
ist über einen Düsenvorraum 16 bzw. 16e, 16f usw. an einen Ventilauslaßquerschnitt
17 bzw. 17e, 17f usw. angeschlossen, der je zu einem Düsenventil i8 bzw. i8 e, i8
f usw. gehört. Die Düsenventile i8 durchsetzen die zugehörigen Kammern und schließen
bis auf die Eröffnungszeitspannen der Ventilsteuerung die Ventilsitze 17, damit
die Düsenvorräume 16, die Düsen 15 und die Beschau.felung 12 der Einglangs- oder
ersten Turbinenstufe 15, 13, 12 der Verpuffungsturbine gegen dieVerpuffungskammern
ab. Die Steuerungen der Ventile i8 sind dabei so eingerichtet, daß stets eines der
Ventile 18e, i8 f,
18 g und i8 lt eröffnet ist, während die drei anderen
Ventile geschlossen sind. Auf diese Weise wird die Beschaufelung 12 ununterbrochen
von Feuergasen beaufschlagt. Dieses Feuergas gelangt nach Abarbeitung des ihm zugeordneten
Teilgefälles in der Eingangsstufe 15, 12, i3 in eine Auffangdüsenanordnung i9, die
ihrerseits in eine Auffüllkammer 2o übergeht. Das zur Auffungdüsenanordnung i9 entgegengesetzt
liegende Ende der Aüffüllkammer 2o geht in eine Düsenanordnung 2 i über, die der
Beschaufelung 22 des Rades 23 des Läufers 24 zugeordnet ist. In die Auf füllkammer
20 mündet bei 25 ein Krümmer 26, der an ein zweites Düsenventil 27 bzw. 27e, 27f,
279, 27h in jeder Verpuffungskammer angeschlossen ist. Die Beschaufelung
22 ist ebenfalls einkränzig ausgebildet. Beide Beschaufelungen 12 und 22 haben über
25o m/sec liegende Umfangsgeschwindigkeiten; vorzugsweise angewandt wird eine Umfangsgeschwindigkeit
von 300 m/sec. Die Mittel- oder zweite Turbinenstufe 21, 22, 23 wird also
mit Feuergasen beaufschlagt, die zunächst über das Düsenventil 27; Krümmer 26, Anschluß
25 und Auffüllkammer 2o unmittelbar aus einer der Verpuffungskammern entnommen worden
waren. Die Düsenventile 27 arbeiten dabei wieder in den Arbeitsspielen versetzt
zueinander, so daß ständig eine über die Ventile 27 entlassene Teilmenge der je
Verpuffung und Kammer erzeugten Gesamtmenge über Krümmer 26 und Anschluß 25 in die
Auffüllkammer 2o und damit über die.. Düsenanordnung 2i zur Beschaufelung 22 gelangt.
Weiter aber erhält die Mittel- oder zweite Turbinenstufe 21, 22, 23 auch .Ausströmgase
aus der vorgeordneten Stufe 15, 12, 13 über Auffangdüsenanordnung i9, Auffüllkammer
2o und Düsenanordnung 21. Beide Feuergasversorgungen sind entsprechend der erwähnten
Versetzung der Arbeitsspielabschnitte, in denen jeweils eines der Düsenventile i8
und 27 offen ist, kontinuierlich. Außer den Düsenventilen i8 und 27 besitzt jede
Verpuffungskammer noch ein Aushaßventil 28 bzw. 28e, 28f, 28g, 28h
für den Feuergasrest. An die Auslaßventile 28 bzw. 28e usw. schließt sich ein nicht
gezeichneter Leitungsteil für den Feuergasrest an, der im Anschlußquerschnitt 29
der Treibgasentnahmeleitung 3o, die zu der noch zu erörternden Ausgangsstufe der
Anlage führt, ausmündet. Eine zweite Fangdüsenanordnung 31 ist hinter der Mittel-
oder zweiten Turbinenstufe 2i, 22, 23 angeordnet. Die Fangdüsenanordnung 31 steht
über das Leitungsstück 32 mit dem Anschlußquerschnitt 29 der Treibgasentnahmeleitung
30 in ständig offener Verbindung.
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Die Feuergasbildung kommt dadurch zustande, daß Ladeluftventil 5 und
Auslaßventil 28 gleichzeitig geöffnet werden. Die einströmende Ladeluft nimmt infolge
der venturidüsenartigen Ausbildung des Einlaßen-des io der Verpuiungskammer bei
der dargestellten, sehr schlanken Neigung des Diffusors i i die Form eines Kolbens
an, der den Feuergasrest, der von der vorhergehenden Verpuffung her noch die Kammer
erfüllte, über das geöffnete Auslaßventil 28 ausschiebt. Kurz vor Ende dieses Feuergasrestverdrängungs-
und Ladeabschnittes eines Arbeitsspieles führt der zugeordnete Stempel der Brennstoffpumpe
seinen Förderhub aus und spritzt über Ventil 6 in die noch in Bewegung,b;-findliche
Luft die erforderliche Brennstoffmenge ein. Dadurch bildet sich eine zündfähige,
die gesamte
Kammer erfüllende, gleichmäßig gemischte Ladung bis
zu dem Zeitpunkt aus, in welchem sich die Ventile 5 und 28 schließen. Die nicht
bezeichnete Zündvorrichtung bewirkt die Zündung des Gemisches, so daß die Verpuffung
bei völlig geschlossenen Ventilen vor sich geht. Im Zeitpunkt der Ausbildung des
höchsten Verpuffungsdruckes öffnet sich das Ventil 18 und entläßt eine Feuergasmenge
zur ersten Turbinenstufe 15, 12, 13 zu, deren Anfangszustand durch den Verpuffungsdruck
gegeben ist. Da diese Feuergase der Verpuffungskammer unmittelbar entnommen werden,
wird also die Eingangs- oder erste Turbinenstufe 15, 12, 13 ausschließlich von Frischgasen
beaufschlagt, wobei die Beaufschlagung kontinuierlich erfolgt, weil bei Schluß des
Düsenventils 18e sofort das Düsenventil i8 f, i8g oder 181a einer anderen
Verpuffungskammer öffnet. Sobald sich dieses geschlossen hat, öffnet sich das Düsenventil
einer dritten Kammer, auf dessen Schluß die Eröffnung des vierten Düsenventils folgt,
bei dessen Schluß die Zeitspanne für ein -ganzes Arbeitsspiel, jedoch bezogen auf
eine Verpuffungskammer, abgewickelt ist, so daß mit der Eröffnung des Düsenventils
i8 e die betrachtete Kammer e ihr zweites Arbeitsspiel beginnen würde. Während also
diese Arbeitsspielabschnitte der vier Düsenventile 18 in zyklischer Versetzung zeitlich
aufeinanderfolgen und hierzu die Zeitspanne eines Arbeitsspieles einer Kammer benötigen,
haben auch die Düsenventile 2 j in gleichartiger, zyklischer Versetzung geöffnet
und geschlossen, so daß die Auffüllkammer 2o ständig über Krümmer 26 und Anschluß
25 mit Feuergasen gespeist worden war. Die Steuerphasen der Düsenventile 27 sind
aber gegenüber denen der Düsenventile 18 um einen Arbeitsspielabschnitt versetzt.
Das bedeutet, daß während des Arbeitsspielabschnittes, über dessen Bereich das Düsenventil
18e geöffnet hatte, das Düsenventil 27e derselben Verpüffungskammer geschlossen
blieb. Dagegen hatte das Düsenventil 27 einer anderen Verpuffungskammer geöffnet
und in der bereits beschriebenen Art und Weise die Auffüllkammer 2o mit Feuergas
gespeist. Diese Teilspeisung ist eine Frischgasspeisung,weil die Krümmer 26 über
die geöffneten Düsenventile 27 jeweils an unmittelbar eine Verpuffungskammer angeschlossen
sind, deren Düsenventil 27 dabei im Anschluß an eine Eröffnungsphase des zugehörigen
Düsenventils i8 seinerseits dieVerpuffungskammer mit derAuffüllkammer verbunden
hatte. Die Auffüllkammer 20 erhält aber nicht nur diese Teilfrischgasspeisung, sondern
sie erhält außerdem über die Auffangdüsenanordnung ig eine Teilspeisung mit Ausströmgasen,
die in der vorgeordneten Düsen- und Beschaufelungsanordnung 15, 12, 13 der Eingangs-oder
ersten Turbinenstufe Arbeit geleistet hatten. Da aber die Auffüllkammer 2o ihrerseits
in die Düsenanordnung 21 übergeht, die der Düsen- und Beschaufelungsanordnung 22
der Mittel- oder zweiten Turbinenstufe 21, 22, 23 vorgeordnet ist, werden also der
Mittelstufe sowohl Frischgase als auch Ausströmgase vorgeordneter Stufen zugeführt.
Die prozeß- und turbinentechnische Bedeutung dieser Differenzierung ergibt sich
aus dem Q-Tl-Diagramm der Fig. 5, auf das nunmehr einzugehen ist.
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Dieses Q-V-Diagramm entspricht dem üblichen Q-S-Entropiediagramm,
mit dem Unterschied, daß als Abszissen die prozentual ausgeströmten Feuergasmengen,
unter Berechnung der Feuergasgesamtmenge je Verpuffung und Kummer mit igo°/o, aufgetragen
sind, während die Ordinaten dem Wärmeinhalt Q der ausgeströmten Feuergasvolumina
in keal/nma entsprechen. Man erkennt das nur angedeutete Druck- und Temperaturliniennetz,
das jedoch nur für die auf der Ordinatenachse mit Doppellinien aufgetragenen udiabatischen
.Gefälle für Feuergase vom Zustand .A gilt. Diese Doppellinie veranschaulicht die
Zustandsbedingungen während der Expansion. Diese Änderungen erscheinen im Q-S-Diagramm
als vertikale adiabatische Linien, aber nur in der idealen- Maschine, in der während
der Expansion keine Entropieänderungen, also keine Wärmeverluste an den Wandungen
auftreten und keine Wärmeabgabe durch Reibung am Laufrad und an den Schaufeln stattfindet.
Für die ausgeführte Maschine treffen beide Voraussetzungen nieht zu. Doch zeigen
sorgfältige Untersuchungen über den Wärmeübergang auf der Gasseite feuergasberührter
Wandungen und Berechnungen der Ventilationsverluste an Schaufelrädern und Schaufeln,
daß bei sorgfältig ausgeführten Anlagen die in Betracht kommenden Betriebsverfahren
praktisch zur Gleichheit von abgegebener und aufgenommener Wärme führen. Es ist
daher berechtigt, von adiabatischen Zustandsänderungen und demgemäß von vertikalen
Linien im Q-S-Diagramm und damit im Q-V-Diagramm auszugehen. Dieser Punkt A auf-
der Ordinatenachse entspricht dem Anfangszustand der Feuergase, die mit dem Verpuffungshöchstdruck
in dem Zeitpunkt entlassen werden, in dem sich ein Düsenventil 18 öffnet. Da sich
dieses Düsenventil bereits wieder in einem Punkt B schließt, in dem die in der Verpuffungskammer
verbliebene Feuergasmenge den Zwischendruck P2 erreicht hatte, wird also ein Düsenventil
18 immer nur einen Teil der je Kammer und Verpuffung erzeugten Feuergasgesamtmenge
entlassen. Die mengenmäßige Größe dieses Teiles kommt durch dis Maß 33 im Verhältnis
zum Maß 34 der Feuergasgesamtmenge zum Ausdruck. In dem Punkt B, in dem sich das
betrachtete Düsenventil i'o e schließt, öffnet sich das Düsenventil 27 e
der gleichen Kammer und schließt sich wieder im Punkt C. Das Diagramm der Fig. 5
verläuft also in der Zeit; es bringt nicht gleichzeitig eintretende Vorgänge zum
Ausdruck, sondern synchrone Vorgänge müssen in noch näher zu erörternder Weise im
Diagramm rekonstruiert und so veranschaulicht werden. Das Düsenventil 27 e entläßt
also ein weitere Feuergasteilmenge, deren mengenmäßiges Ausmaß durch die Strecke
35 im Verhältnis zu der der Feuergasgesamtmenge entsprechenden Strecke 34 zum Ausdruck
gebracht ist. Im Punkt C haben die Feuergase, die sich noch in
der
Kammer befinden, einen Druck p. erreicht, der mit der Ladeluftspannung übereinstimmt.
Da sich mit Schluß des Düsenventils 27e das Auslaßventil 28 e und das Ladeluftventil
5 e öffnen, schiebt die eintretende Ladeluft den Feuergasrest über das geöffnete
Auslaßventil 28e aus der Verpuffungskammer e aus. Das mengenmäßige Ausmaß
-dieses Feuergasrestes ist durch die Strecke 36 im Verhältnis zur Strecke
34 gekennzeichnet, da sich im Punkt E Auslaßventil 28 e und Ladeluftventil 5 e schließen.
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Es war bereits erwähnt worden, daß während der Eröffnung des Düsenventils
i8 e eines der Düsenventile 27 f bis 27h geöffnet hatte, ohne daß es darauf
ankommt, zu welcher der Kammern/' bis h dieses Düsenventil 27f bis
27h gehört. Durch die Eröffnung eines dieser Düsenventile 27 f bis 27h hatte
die Auffüllkammer 2o eine Feuergasteilmenge von der Anfangsspannung p2 erhalten.
Die gleiche Auffüllkammer 2o hatte über die Auffangdüsenanordnung ig Ausströmgase
aus der Eingangsstufe 15, 12, 13 aufgenommen, wobei der ursprüngliche Anfangszustund
dieser Ausströmgase durch den Punkt A des Diagramms der Fig. 5 gegeben war Unter
dem Einfluß dieser beiden Feuergaszuflüsse hatte sich die Auffüllkammer 2o in äußerst
kurzer Zeit und vollständig mit Feuergasen aufgefüllt. Da die Auffüllkammer 2o aber
über die Düsenanordnung 2i mit der Mittel- oder zweiten Turbinenstufe in offener
Verbindung steht, folgt auf die äußerst kurze Auffüllphase sofort eine Expansionsphase.
Die sich damit in der Auffüllkammer 2o einstellenden Feuergaszustände sind durch
die strichpunktiert wiedergegebene Linie 37 im Diagramm der Fig. 5 gekennzeichnet
worden. Man erkennt, daß die Linie 37 bis auf die kurze Auffüllzwickelphase äquidistant
zum Expansionslinienabschnitt A-B verläuft. Beide Linien haben also die gleichartige
Charakteristik einer Expansion. Beide Linien verlaufen auch infolge der erwähnten
Versetzung der Arbeitsspiele um einen Arbeitsspielabschnitt in den einzelnen Kammern
synchron. Dabei hat aber die Linie 37 in bezug auf die vorgeordnete Eingangs- oder
erste Turbinenstufe 15, 12, 13 den weiteren. Charakter eines Gegendruckverlaufes,
weil die Auffüllkammer 2o über die Auffangdüsenanordnung ig an den Radkammerraum
des Rades 13 offen angeschlossen ist. Demgemäß ist das Feuergasgefälle, das in der
ersten Turbinenstufe zur Verarbeitung gelangt, bestimmt durch den Abstand der Linie
37 von dem Linienzug A-B. Da diese Abstände, wie das Diagramm zeigt, nahezu gleich
sind, tritt in der ausschließlich mit Frischgas beaufschlagten Eingangsstufe ein
praktisch gleiches Gefälle auf, so daß in dieser Eingangsstufe hohe Radwirkungsgrade
verwirklicht werden. Gleichzeitig ist der Abstand der beiden Linienzüge durch entsprechende
Wahl der Lage des Punktes B auf der Gesamtexpansionslinie A-C so bestimmt, daß die
dargestellte einkränzige Beschaufelung 12 zur Verarbeitung dieses Teilgefälles ausreicht.
Schließlich ist dasselbe Teilgefälle unter Einhaltung des weiteren Gesichts-Punktes,
daß der Beschaufelung über 25o m/sec liegende Umfangsgeschwindigkeiten erteilt werden
sollen, auf den entsprechenden Wert größenordnungsmäßig bemessen worden.
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Die bereits angezogene Arbeitsspielversetzung der vier Verpuffungskammern
einander gegenüber wirkt sich natürlich auch auf die Steuerphasen der Auslaßventile
28 aus. Daher kommt es, daß während der Eröffnung des Düsenventils 18 und während
der Eröffnung eines der Düsenventile 27 f bis 27h, wobei aus Gründen der
vereinfachten Darstellung für das folgende die Eröffnung des Düsenventils
27f unterstellt sei, auch eines der Auslaßventile 28 geöffnet hatte, das
aber weder zu Kammer e noch zu der Kammer gehört, deren Düsenventil a7f bis 271a
geöffnet hatte; entsprechend der getroffenen Unterstellung, daß das Düsenventil
27 f
geöffnet hatte, muß also eines der beiden Ventile 28g oder 28h geöffnet
haben. Gleichgültig welches dieser beiden Ventile öffnet, entlädt also eine der
vier Verpuffungskammern ihren Feuergasrest im Anschlußquerschnitt 29 der Treibgasentnahmeleitung
in letztere, und zwar mit einem Anfangszustand, der der Ladeluftspannung p0 entspricht.'
Da aber an den Mündungsquerschnitt 29 der Treibgasentnahmeleitung 30 über
Leitungsstück 32 die Fangdüsenanordnung 31 angeschlossen ist, die mit dem Radkasten
des Rades 22 der Mittelstufe in offener Verbindung steht, muß sich diese Restfeuergasentladung
in einer bestimmten Gestaltung des auf diese Mittelstufe ausgeübten Gegendruckes
auswirken. Diese Auswirkung ist durch die gestrichelt wiedergegebene Linie 38 veranschaulicht
worden. Man erkennt zunächst wieder den fast völlig äquidistanten Verlauf der Linie
38 in bezug auf die Linie 37, der deshalb für die Mittelstufe entscheidend ist,
weil Linienzug 37 . die Feuergaszustände veranschaulicht, die in derAuffüllkammer
2o während der betrachteten Zeitspanne auftreten. Entsprechende Feuergaszustände
treten also in der Düse 21 auf, die der Mittelstufe als beaufschlagende Düse vorgeordnet
ist. Ist das aber der Fall, dann entsprechen die Abstände der Linienzüge 37 und
38, in Ordinatenrichtung betrachtet, dem Teilgefälle der Feuergase, das in der Mittelstufe
zur Verarbeitung gelangt. Da diese Abstände gleich sind oder sich nur ganz geringfügig
unterscheiden, treten in der Mittelstufe praktisch gleiche Feuergasgefälle auf,
d. h. auch die Mittelstufe arbeitet mit hohem Radwirkungsgrad. Man entnimmt aus
dem O-V-Diagramm aber auch, daß die durch den Abstand der Linien 37 und 38 gekennzeichneten
Teilgefälle größenordnungsmäßig nicht anders ausfallen wie der Abstand der Linie
37 von dem Ex-' pansionslinienabschnitt A-B. Das bedeutet, daß auch der Beschaufelung
22 der Mittelstufe eine einkränzige Ausbildung mit Umfangsgeschwindigkeiten über
25o m/sec erteilt werden kann, so daß man infolge der Gestaltung beider Räder 13
und 23 als Teile eines gemeinsamen Läufers 24 die Beschaufelungen 12 und 22 auf
gleichem Durchmesser anzuordnen vermag, soweit nicht turbinentechnische und bauliche
Überlegungen kleinere Abweichungen
in den Durchmessern zweckmäßig
erscheinen lassen. In der Eigenart der Diagrammdarstellung der Fig. 5 liegt es,
daß die bisher aus ihr gezogenen Schlüsse nur für die Feuergasteilmenge gelben,
die der Düsenanordnung 21 über Auffüllkammer 2o und Auffangdüsenanordnung ig aus
der Eingangsstufe 15, 12, 13 zugeführt worden war. Die Düsenanordnung 21
und damit die Mittelstufe der Anlage erhält aber auch Feuergase über Anschluß 25,
Krümmer 26 und eines der geöffneten Düsenventile 27f bis 27h, im Unterstellungsfalle
27f. Diese Feuergasteilmenge hatte einen dem Punkt B der Fig.-5 entsprechenden Anfangszustand,
wobei zu beachten bleibt, daß Fig. 5 nur Verhältnisse in bezug auf Verpuffungskammer
e darstellt. Auf diese Feuergasteilmenge vom Anfangszustand B wirkt- sich nun die
bereits erörterte Gegendruckbildung im -Radkastenraum des Rades 23 der Mittelstufe
selbstverständlich auch aus; der diesbezügliche Gegendruckverlauf wird durch.die
Linie 39 in Fig. 5 im Verhältnis zum Expansionslinienabschnitt B-C dargestellt.
Es tritt wieder eine nahezu völlige Äquidistanz der Linien 39 und B-C auf,
mit anderen Worten, auch die Feuergasteilmenge vom Anfangszustand B unterliegt in
der mittleren Turbinenstufe 21,:22,23 praktisch gleichen Teilgefällen, so daß ihre
Verarbeitung in dieser Turbinenstufe mit gleich hohem Radwirkungsgrad erfolgt. Auch
entsprechen die auftretenden Teilgefälle wieder größenordnungsmäßig den bisher durchgesprochenen
Teilgefällen, so daß die einkränzige Beschaufelung der Mittelstufe auch unter Berücksichtigung
dieser niedriger gespannten Feuergasteilmenge vom Anfangszustand B richtig zur Anwendung
gekommen ist. Selbstverständlich bildet sich auch- während der Ausschiebung des
fyeuergasrestes aus der Kammer e längs der Strecke C-B ein bestimmter Gegendruckverlauf
heraus, der durch das Linienstück 4o gekennzeichnet ist, der vorteilhafte Auswirkungen
auf zeitlich versetzte Zustände beaufschlagender Feuergase in der für die Linienzüge
38 und 39 dargelegten Art und Weise besitzt.
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Aus den bisherigen Ausführungen ergibt sich also, daß der in den Fig.
3 und q. veranschaulichten mehrstufigen Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage ein
Betriebsverfahren zugrundegelegt ist, das sich durch Zuführung aus den Verpuffungskammern
e bis i1. über die Düsenventile 18 unmittelbar entnommener Frischgase zur Eingangsstufe
15, 12, 13 der Anlage kennzeichnet. Weiter #verden der folgenden, als zweite Turbinenstufe
der Anlage ausgebildeten Mittelstufe 21, 22, 23 einerseits Frischgase zugeführt,
die aus den '#j'erpuffungskammern e, f, g, lt über Düsenventile 27,
Krümmer 26, Anschluß 25 und Auffüllkammer 2o unmit>elbar entnommen werden, während
sie andererseits über Auffangdüsenanordnung ig und Auffüllkammer 2o Feuergase erhält;
die die Eingangs-oder erste Turbinenstufe i r, 12, 13 als deren Ausströmgase verlassen
hatten.
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Geht man nach dieser Feststellung wieder auf das Diagramm der Fig.
5 zurück, so geben die schraffierten Flächen desselben ein Maß für die disponible
Arbeit, die die einzelnen Feuergasteilmengen in den Stufen der Anlage abzugeben
vermögen. Erkennbar ist zunächst die Fläche I a als Maß für die Leistung, welche
die über die Düsenventile 18 entlassene Feuergasteilmenge vom Anfangszustand A in
der Eingangsstufe 15, 12, 13 der Anlage zu entwickeln vermag; dieselbe Feuergasteilmenge
kann in der Mittelstufe 21, 22, 23 eine disponible Arbeit abgeben, deren Äquivalent
durch die Fläche I b dargestellt ist. Andererseits entspricht die Fläche II dem
disponiblen Arbeitsvermögen der über Düsenventile 27 zur Wirkung gebrachten Feuergasteilmenge
vom Anfangszustand B wiederum in der Mittelstufe 2i, 22, 23.
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Legt man diesen sich aus Fig. 5 ergebenden Verhältnissen eine Überlegung
zugrunde, die unter Berücksichtigung aller auftretenden Wirkungsgrade den zum Betrieb
der Anlage nach den Fig. 3 und q. erforderlichen Arbeitsaufwand in Beziehung setzt
zur verfügbaren Leistung der Verpuffringsturbine 15, 12, 13 und 21, 2a, 23, gegeben
durch die Summe der Flächen I a, I b und II, so kommt man zu dem bereits bei Kennzeichnung
der Erfindung vorweggenommenen Ergebnis, daß diese Arbeitsleistung völlig ausreicht,
den beim Betriebe der Verpuffungsturbine erforderlichen Arbeitsaufwand zu decken.
Dieser Arbeitsaufwand besteht dabei hauptsächlich in der für die Verdichtung der
Ladeluft erforderlichen Kompressionsarbeit; anzutreiben sind außerdem alle Hilfsmaschinen,
insbesondere Brennstoffpumpen bei flüssigem Brennstoff, Brennstoffschleusen bei
fesiem (st.ub- oder grießförmigem) Brennstoff und Brenngasverdichter bei Verwendung
von Brenngasen, weiter die Zündmaschinen sowie die Umwälzpumpen für Kühl-und Schmiermittel.
Die Feststellung dieses Ergebnisses ist an sich nicht neu. Völlig überrascl-etid
ist jedoch die eigen- und neuartige Erkenntnis, daß das Gleichgewicht zwischen verfügbarer
Leistung der Verpuffungsturbine und zu ihrem Betrie4ye erforderlichem Arbeitsaufwand
auch danü herzustellen ist, wenn darauf verzichtet wird, jedwede Abwärme der Anlage,
sei es durch Ausnutzung des Wärmeinhaltes der erzeugten Feuergase, sei es durch
Umsetzung von Kühlwärme in äußere Arbeit, auszunutzen. Diese Feststellung führt
zunächst zti der Einsicht, daß man es also durch Ausnutzung der Abwärme in der Hand
hat, nicht nur die gesamte Fläche c der Fig. i, sondern auch noch die freie Diagrammfläche
unterhalb der U nie der Atmosphäre in Fig. i in nutzbare Af°i_geleistung umsetzen
zu können. Die gleiche Feststellung entscheidet aber unmittelbar die An,.vendraa_-lzeit
von Wärm@ekraftmaschinen wirtschaftliche Wirkungsgrades überhaupt, wenn es sich
uni d-e Verwirklichung von Anlagen handelt, in denen sperrige und schwere Wärmetauscher
in keiner Weise zur Anwendung kommen dürfen und/oder können. Derartige Forderungen
treten insbesondere bei Flugzeug-, bestimmten Schiffs-, Lokomotiv-, Triebwagen-,
weiter bei Raketen- und Gesciioßantrieben sowie bei einigen stationären Anlagen
auf, ohne
daß diese Aufstellung erschöpfend wäre. Selbstverständlich
wird der Erfindungsgedanke bei Umsetzung der Abwärme in mehr oder weniger großem
Ausmaße in nutzbare Arbeit erst recht anwendbar, da sich in diesem Falle Leistung
und Wirkungsgrade der Anlage nur entsprechend erhöhen und die gleichartigen Werte
aller bekannten Wärmekraftanlagen bei weitem übertreffen.
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Im Diagramm der Fig. 5 äußerlich zum Ausdruck kommt diese erfinderische
Erkenntnis im Größenanteil der Fläche III als dem disponiblen Arbeitsvermögen der
in die Treibgasentnahmeleitung 30 eintretenden Feuergase im Verhältnis zum
Arbeitsvermögen I a -h I b -I- II der gleichen Feuergase in der Verpuffungsturbine
15, 13, 12; 21, 22, 23.
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Zur Abarbeitung der Treibgase dieses Arbeitsvermögens dient nun erfindungsgemäß
eine ausschließlich die Ausströmgase vorgeordneter Stufen 15, 12, 13; 21, 22, 23
aufnehmende Ausgangsstufe, die im Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 3) als vielstufige
Parsonsturbine 41 ausgebildet ist. Die damit zum Treibgasverbraucher werdende Ausgangsstufe
könnte ebensogut jede andere Ausbildung erfahren, die eine nutzbringende Verwertung
der Treibgase ermöglicht.
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Während die Verpuffungsturbine 15, 12, 13; 21, 22, 23 in einem .ersten
Gehäuse 4.2 untergebracht und mit den vier Verpuffungskammern (vgl. Fig. 4) zu einer
baulichen Einheit vereinigt ist, dient die bereits erwähnte zweite Gehäuseanordnung
41 zur Unterbringung der Ausgangsstufe, der die Ausströmgase der Verpuffungsturbine
ohne Frischgaszusatz aus deren Verpuffungskammern zugeführt werden. Im Ausführungsbeispiel
ist dabei das Gehäuse 41 als Sockel des Ladeluftverdichters 43 ausgebildet, der
von der Verpuffungsturbine 15, 12, 13; 21, 22, 23 über die Kupplung 44 unmittelbar
angetrieben wird. Da die Mehrgehäusigkeit der Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage,
gegeben durch die Einzelgehäuse 41 und 42, jedoch die Möglichkeit gewährt, das die
Ausgangsstufe aufnehmende Gehäuse räumlich und funktionell weitestgehend unabhängig
vom Gehäuse 42 mit den. Kammern e bis h ausbilden zu können, wird im Regelfall das
Gehäuse 42 mit der angetriebenen Hilfsmaschine 43 und den zugehörigen Verpuffungskammern
seinerseits zu einer baulichen Einheit vereinigt werden, während das Gehäuse 41
im allgemeinen gesondert zur Aufstellung gelangen kann. Das hat vor allem den Vorteil,
daß man mehrere Treibgaserzeugereinheiten auf eine einzige Verbrauchereinheit arbeiten
lassen kann, die ihrerseits dem auftretenden Leistungsbedarf leicht nach Größe,
Drehzahl, Stufenzahl, Gefälle usw. anzupassen ist, während die Treibgaserzeugeraggregate
ihrerseits einheitlich ausgebildet und nur durch ihre Zahl auf die jeweilige Lieferleistung
abgestimmt werden. Es besteht die umgekehrte Möglichkeit; daß eine einzige Treibgaserzeugereinheit
auf mehrere Verbraucher als Ausgangsstufe arbeitet, die mit gleichen oder verschiedenen
Einzelleistungen den leistungsabnehmenden Maschinen, Apparaten, Vorrichtungen angepaßt
sind. Was für einzelne oder alle Einheiten ausgeführt worden is+, gilt sinngemäß
für Gruppen derselben. Die Treibgasverbindungsleitung 30 kann dabei benutzt
werden, um die verschiedensten Änderungen des Treibgases nach Druck, Menge, Temperatur
und sonstigen stofflichen, physikalischen und/oder chemischen, gegebenenfalls pneumatischen,
elektrischen Eigenschaften usw. vorzunehmen. Insbesondere besteht die Möglichkeit
einer Zwischenüberhitzung oder der Hinzufügung zusätzlicher Brenngas- und gegebenenfalls
auch Feuergasmengen, wobei jedoch zur Lieferung letzterer im allgemeinen die Verpuffungskammern
des Treibgaserzeugers Selbst nicht herbeigezogen werden sollen..
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine einstufige Ausbildung der Eingangsstufe,
eine einstufige Ausbildung der Mittelstufe und eine vielstufige Ausbildung der Ausgangsstufe.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die einstufigen Ausbildungen durch mehrstufige
und die vielstufige Ausbildung durch einstufige oder mehrstufige Ausbildungen ersetzen
zu können. Hier sind die Erfordernisse des Einzelfalles entscheidend, so daß die
Auswahl aus den gegebenen Möglichkeiten nur nach dem Gesichtspunkt der Zweckmäßigkeit
zu treffen ist.