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Sicherheitsvorrichtung für eine Brennkraftanlage mit Freiflugkolben-Treibgaserzeuger
und z. B. als- Turbine ausgebildeter Kraftmaschine Die Erfindung betrifft die Sicherheitsvorrichtungen
für Anlagen mit wenigstens einem Treibgaserzeuger mit Freiflugkolben und einer mit
den von dem Treibgaserzeuger gelieferten Treibgasen betriebenenKraftmaschine, und
zwar insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, für derartige-Anlagen, bei welchen
die Kraftmaschine durch eine Gasturbine gebildet wird.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Treibgaserzeuger mit Freiflugkolben
mit einer Sicherheitsvorrichtung zu versehen, welche die sofortige Stillsetzung
des Treibgaserzeugers bewirkt, und zwar insbesondere durch die sofortige Abstellung
der Brennstoffeinspritzung in den Motorzylinder desselben, wenn die mit den von
dem Treibgaseizeuger gelieferten Treibgasen betriebene Turbine eine Drehzahl erreicht,
welche die mit einem normalen Arbeiten verträgliche höchste Drehzahl übersteigt.
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Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, einen Treibgaserzeuger mit
Freiflugkolben stillzusetzen, wenn der Hub seines Kolbens oder seiner Kolben
den
mit einem normalen Arbeiten verträglichen Höchsthub überschreitet.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, die die sofortige Stillsetzung
des Treibgaserzeugers durch Unterbrechung der Brennstoffeinspritzung in seinen Motorzylinder
bewirkende Sicherheitsvorrichtung so auszubilden, daß sie sowohl bei einer übermäßigen
Drehzahl der mit den von dem Treibgaserzeuger gelieferten Treibgasen betriebenen
Kraftmaschine als auch bei einem zu großen Hub seines Freiflugkolbens oder seiner
Freiflugkolben in Tätigkeit tritt.
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Hierfür werden vorzugsweise in Reihe in einen Strömungskreis eines
elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Hilfsarbeitsmittels zwei Schalter
eingeschaltet, von denen der eine durch eine übermäßigeDrehzahl derKraftmaschine
und der andere durch einen übermäßigen Hub des Freiflugkolbens oder der Freiflugkolben
des Treibgaserzeugers gesteuert wird, wobei die Inbetriebsetzung des einen oder
des anderen dieser Schalter die Wirkung des Hilfsarbeitsmittels aufhebt, welches,
so lange es über einen nicht unterbrochenen Strömungskreis wirken kann, die normale
Brennstoffspeisung des Motorzylinders des Treibgas@erz,eugerage"wäbxleistet.
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Falls ein und dieselbe Kraftmaschine, insbesondere ein und dieselbe
Turbine, von mehreren Treibgaserzeugern gespeist wird, wird das gleiche Hilfsarbeitsmittel
zur Betätigung der Sicherheitsvorrichtungen der verschiedenen Treibgaserzeuger von
ein und derselben Quelle geliefert, und die Rohrleitung (oder die elektrischen Stromkreise),
welche dieses Hilfsarbeitsmittel den Vorrichtungen zur Unterbrechung der Brennstoffeinspritzung
der verschiedenen Treibgaserzeuger zuführen, werden so ausgebildet, daß diese Rohrleitung
(oder diese Stromkreise) einen gemeinsamen Zweig aufweisen, in welchem sich der
auf die übermäßige Drehzahl der Arbeitsmaschine ansprechende Schalter befindet,
während hinter diesem Schalter die Rohrleitung (oder die Stromkreise) des Hilfsarbeitsmittels
in so viele Zweige unterteilt werden, wie Treibgaserzeuger vorhanden sind, wobei
jeder dieser Zweige einen Schalter enthält, welcher durch einen übermäßigen Hub
des entsprechenden Treibgaserzeugers in Tätigkeit gesetzt wird.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung nachstehend beispielshalber
erläutert. Fig. i zeigt schematisch einen Teil einer mit einer erfindungsgemäßen
Sicherheitsvorrichtung ausgerüsteten Anlage mit mehreren Treibgaserzeugern mit Freiflugkolben,
von denen nur ein einziger im Schnitt dargestellt ist, und welche gemeinsam eine
Gasturbine speisen; Fig.2 zeigt im Schnitt eine Einzelheit dieser Anlage.
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Jeder der der Anlage angehörenden Treibgaserzeuger ist auf beliebige
geeignete Weise ausgebildet und weist z. B., wie schematisch in Fig. i für einen
von ihnen dargestellt, zwei gleichachsige Zylinder auf, von denen der Zylinder i
einen Motorzylinder bildet, während der Zylinder 2 in seinem dem Zylinder i zugekehrten
Teil 2" einen Verdichterzylinder und in seinem abgewandten Teil 2b einen Speicher
für die Rückführenergie bildet. In diesen beiden Zylindern arbeitet ein Freiflugkolben,
welcher die Form eines Doppelkolbens hat, bei welchem der Teil 3 einen mit dem Motorzylinder
i zusammenwirkenden Motorkolben bildet, während der Teil q. des Kolbens in dem Zylinder
2 arbeitet und einen " Verdichterkolben bildet, dessen dem Motorkolben zugewandteRingfläche
dieAnsaugung und die Verdichtung der Luft in dem Teil 2" des Zylinders 2 bewirkt,
während seineentgegengesetzte Seite mit dem in dem Teil 2v des Zylinders 2 eingeschlossenen
Luftpolster zusammenwirkt.
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Der Motorzylinder i weist einen Einspritzer und Einlaß- und Auspufföffnungen
6 bzw. 7 auf, welche von dem Kolben 3 gesteuert werden.
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Die Abteilung 2, des Zylinders 2 ist mit einem oder mehreren Luftansaugeventilen
8 und mit einem oder mehreren Druckventilen 9 versehen, durch welche Druckluft in
einen Luftbehälter io übergeführt wird, welcher den Motorzylinder i umgibt und eine
Art Gehäuse für diesen bildet.
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Die Luft wird somit durch das Ventil 8 angesaugt, wenn der Kolben
3-q. unter der Einwirkung der Verbrennung des Brennstoffs in dem Zylinder i seinen
nach außen gerichteten Hub ausführt, und die Luft wird verdichtet und in den Behälter
io gedrückt, wenn der Kolben 3-d. unter der Einwirkung der in dem Energiespeicher
2b bei dem vorhergehenden Hub aufgespeichertenEnergie seinen umgekehrten Hub ausführt.
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Die Auspufföffnungen 7 des Motorzylinders i sind durch eine Leitung
ii mit einem Sammelrohr 12 verbunden, welches die von den verschiedenen Treibgaserzeugern
gelieferten Gase der Turbine 13 der Anlage zuführt, wobei die so von jedem Treibgaserzeuger
in die Sammelleitung gelieferten Gase durch ein Gemisch gebildet werden, welches
Druckluft (überschüssige Spülluft des Motorzylinders i) und unvollständig in dem
Motorzylinder i entspannte Verbrennungsgase enthält und durch die Öffnungen 7 eines
jeden Treibgaserzeugers während des Zeitraums austritt, während welchem diese Öffnungen
von dem entsprechenden Kolben 3 freigelegt werden.
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Der Einspritzer 5 wird durch eine Einspritzpumpe mit einem Zylinder
14. gespeist, in welchem ein Kolben 15 arbeitet, welcher von dem Verdich -terkolben
q. über eine Stange 16, einen Lenker 17 und einen Hebel 18 angetrieben wird. Dieser
Kolben kann durch nicht dargestellte Mittel um seine Achse verdreht werden, welche
vorzugsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl der Turbine 13 arbeiten und den bei
jedem Druckhub des Kolbens 15 geförderten Brennstoff regeln, welcher durch das Druckventil
i9 und die Leitung 2o zu dem Einspritzer 5 gelangt.
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Aus Bequemlichkeitsgründen ist auf der Zeichnung ein Treibgaserzeuger
mit einem einzigen Doppelkolben 3-q. dargestellt, in der Praxis weisen jedoch die
Treibgaserzeuger zwei einander gegenüberliegende Doppelkolben auf, deren Motorteile
3 in dem gleichen Zylinder i gegenläufig arbeiten.
während ihre
Verdichterteile 4 in zwei beiderseits des Motorzylinders i angeordneten Zylindern
2 arbeiten, wobei die beiden einander gegenüberliegenden Freiflugkolben in der üblichen
Weise durch ein Synchronisiersystem miteinander verbunden sind.
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Die Sicherheitsvorrichtung, welche unter gewissen Umständen die sofortige
Stillsetzung des Treibgaserzeugers bewirken soll, besitzt Einrichtungen zur sofortigen
Unterbrechung der Brennstoffeinspritzung, ferner Steuereinrichtungen zur Inbetriebsetzung
der Unterbrechungseinrichtungen, wenn die Drehzahl der Turbine 13 den mit dem normalen
Arbeiten derselben verträglichen Höchstwert überschreitet, und schließlich eine
zweite Gruppe von Steuereinrichtungen für die obigen Unterbrechungseinrichtungen,
welche in Tätigkeit treten, wenn der nach außen gerichtete Hub des Freiflugkolbens
3-4 oder der Freiflugkolben die mit dem normalen Arbeiten des Treibgaserzeugers
verträgliche Länge überschreitet.
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Die Einrichtungen zur Unterbrechung der Brennstoffeinspritzung können
auf verschiedene Weise ausgebildet werden. So kann z. B. der Antrieb des Kolbens
15 unterbrochen werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird diese Unterbrechung
der Einspritzung durch die Öffnung eines Austritts erhalten, welcher den von dem
Kolben 15 der Brennstoffpumpe geförderten Brennstoff austreten läßt, bevor er in
den Einspritzer gelangt. Fig. i zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform, bei
welcher eine Auslaßöffnung 21 in der Wand des Zylinders 14 der Einspritzpumpe so
angeordnet ist, daß der von dem Kolben 15 geförderte Brennstoff nicht einmal mehr
das Druckventil r9 der Einspritzpumpe durchströmen kann, wenn die Öffnung 21 geöffnet
ist.
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Solange die Anlage normal arbeitet, sind die Einrichtungen zur Unterbrechung
der Einspritzung in jedem Treibgaserzeuger unwirksam, d. h. wenn diese Einrichtungen
Öffnungen 21 in der Wand der Pumpe eines jeden Treibgaserzeugers der Anlage umfassen,
sind diese Öffnungen durch eine Nadel 22 verschlossen, welche an einem Kolben 23
befestigt ist, welcher in einem Zylinder 24 verstellbar ist, in welchem er sich
unter der Einwirkung einer Feder 25 befindet, welche ständig die Nadel 22 gegen
die Öffnung 21 drückt und diese schließt. Außerdem wirkt auf den Kolben 23 ein in
der gleichen Richtung wie die Feder 25 wirkendes Hilfsarbeitsmittel. Dieses Hilfsarbeitsmittel
kann elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Art sein. Bei der dargestellten
Anlage ist angenommen, daß dieses Hilfsarbeitsmittel hydraulisch ist und jedem Zylinder
24 durch eine Leitung 26 zugeführt wird, wobei diese Leitung 26 an eine Leitung
27 angeschlossen ist, deren Anfangsabschnitt 27" allen Treibgaserzeugern der Anlage
gemeinsam ist und die Leitung mit einer gemeinsamen, nicht dargestellten Druckflüssigkeitsquelle
verbindet.
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Die Einrichtungen zur Steuerung der obigen Vorrichtung ,zur Unterbrechung
der Brennstoffeinspritzung in jeden Treibgaserzeuger enthalten wenigstens zwei Schalter,-
welche in Reihe in die Leitungen zur Zufuhr des Hilfsarbeitsmittels zu dem Zylinder
24 der Vorrichtung zur Unterbrechung der Einspritzung eingeschaltet sind, wobei
der erste dieser Schalter die Zufuhr des Hilfsarbeitsmittels zu dem Zylinder absperrt
und diesen mit einem Auslaßkanal verbindet, wenn die Drehzahl der Arbeitsturbine
den mit dem normalen Arbeiten derselben verträglichen Höchstwert übersteigt, während
der andere Schalter die gleiche Wirkung auf das Hilfsarbeitsmittel der Abstellvorrichtung
hat, wenn die Hublänge des Freiflugkolbens des Treibgaserzeugers, welchem diese
Abstellvorrichtung angehört, die mit dem normalen Betrieb des Treibgaserzeugers
verträgliche Höchstlänge übersteigt.
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Wenn die Anlage mehrere Treibgaserzeuger aufweist, welche ein und
dieselbe Turbine speisen, kann ein einziger Schalter alle Treibgaserzeuger der Anlage
stillsetzen, wenn die Turbine ihre zulässige Höchstdrehzahl überschreitet, wobei
dann dieser einzige Schalter in den Zweig 27" der Leitung 27 eingeschaltet ist,
welcher allen zu der Abstellvorrichtung eines jeden der verschiedenen Treibgaserzeuger
führenden Leitungen 26 gemeinsam ist. Die Schalter, welche einzeln die Abstellvorrichtung
eines jeden Treibgaserzeugers in Betrieb setzen sollen, dessen Freiflugkolben ihren
zulässigen größten Hub überschreiten, sind dagegen in jede Leitung 26 eingeschaltet.
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Der auf die Drehzahl der Turbine 13 ansprechende und allen Treibgaserzeugern
der Anlage gemeinsame Schalter enthält einen Schieber 28, welcher in der auf Fig.
i dargestellten Stellung das Hilfsarbeitsmittel durchtreten läßt. Der Schieber 28
wird in dieser Stellung durch ein Verriegelurngsglied gehalten, welches bei der
in Fig. i dargestellten Ausführungsform durch einen Hebel 29 gebildet wird, welcher
um eine Achse 30 schwenkbar ist und durch eine Feder 31 in seine Verriegelungsstellung
gezogen wird, in welcher sich ein Ende des Hebels 29 gegen die Vorderseite des Schiebers
28 legt, während sich sein anderes Ende gegen die normalerweise kreisförmige Fläche
eines an der Welle 33 der Turbine 13 befestigten Flansches 32 legt, welcher eine
Bohrung 34 (siehe Fig. 2) für ein Fliehgewicht 35 aufweist, dessen Schwerpunkt G
gegenüber der Drehachse A der Welle 33 exzentrisch liegt. Dieses Fliehgewicht besteht
aus einer von einer Feder 36 umgebenen Stange und einem Kopf, welcher in bezug auf
den Schwerpunkt C auf der gleichen Seite wie die Achse A liegt, und an welchem sich
ein Ende der Feder 36 abstützt, während das andere Ende derselben sich gegen den
Grund der Bohrung 34 legt. In diesem Grund befindet sich eine Öffnung 37, durch
welche die Stange des Fliehgewichts 35 austreten kann.
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Die Feder 36 hat eine solche Vorspannung, daß ihre Kraft der Wirkung
der Fliehkraft das Gleichgewicht hält, welche den Austritt der Stange des Fliehgewichts
35 aus der Öffnung 37 zu bewirken sucht, solange die Drehzahl der Turbine 13 unterhalb
der
mit dem normalen Betrieb derselben verträglichen Höchstdrehzahl bleibt. Wenn diese
Drehzahl überschritten wird, tritt die Stange des Fliehgewichts 35 aus der Öffnung
37 aus und bringt den Hebel 29 zum Kippen, so daß die Verriegelungswirkung
desselben aufhört. Eine auf den Schieber 28 wirkende Feder 38 verschiebt diesen
dann nach rechts, wodurch die Leitung 27 - von ihrem Zufuhrkanal27d abgetrennt und
mit einem Auslaßkanal39 verbunden wird. Infolgedessen hört die Wirkung des Hilfsarbeitsmittels
auf die Nadeln 22 aller Treibgaserzeuger auf, wodurch die Brennstoffeinspritzpumpe
aller dieser Maschinen unterbrochen wird, was die sofortige Stillsetzung derselben
bewirkt.
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Sobald die Drehzahl derTurbine13 wieder unter den obigen Grenzwert
sinkt, kann man den. Schieber 28 wieder in seine Ausgangsstellung zurückbringen,
in welcher er das Hilfsarbeitsmittel durchtreten läßt, indem man an einem Handgriff
40 zieht, was die Feder 38 wieder spannt und dem Hebel 29 die Rückkehr in seine
Verriegelungsstellung gestattet.
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Die Steuervorrichtungen, welche in die verschiedenen Einzelleitungen
26 eingeschaltet sind, um einzeln die Einrichtungen zur Unterbrechung der Brennstoffeinspritzung
derTreibgaserzeuger zu betätigen, deren Kolben die größte zulässige Hublänge überschreiten,
werden zweckmäßig ebenso ausgebildet, wie die oben beschriebenen, auf eine zu hohe
Drehzahl der Turbine 13 ansprechenden Steuereinrichtungen.
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Die Teile der in die Leitungen 26 eingeschalteten Steuervorrichtungen,
welche die gleiche Aufgabe wie gewisse Teile der in den Abschnitt 27" der Leitung
27 .eingeschalteten Steuervorrichtung haben, sind mit dem gleichen Bezugszeichen
mit dem Index a bezeichnet.
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Der Hebel 29" der in die Leitungen 26 eingeschaltetenSteuervorrichtungen
wird jedoch durch eine Feder 31Q gegen einen festen Anschlag 41 gedrückt. Wenn der
Kolben 3-4 des entsprechenden Treibgaserzeugers seinen zulässigen größten Hub überschreitet,
drückt eine an diesem Kolben befestigte, den Boden des Zylinders :2 durchdringende
Stange 42 auf -den Hebel 2j" und bringt ihn im Uhrzeigersinn zum Kippen, wodurch
der Schieber 28" freigegeben wird, welcher unter dem Druck der Feder 38Q in eine
Stellung gelangt, in welcher er die Leitung 26 unterbricht und den in den Zylinder
24 mündenden Abschnitt derselben mit dem Auslaßkanal 39Q in Verbindung setzt. Hierdurch
wird die Brennstoffeinspritzung in den Treibgaserzeuger, dessen Kolben den zulässigen
Höchsthub überschritten hat, sofort abgestellt. Die anderen Treibgaserzeuger der
Anlage arbeiten jedoch weiter. Die Zurückführung des Schiebers 28" in seine
Ausgangsstellung, in welcher er von dem Hebel 29Q verriegelt wird, erfolgt durch
Ziehen an dem Handgriff 4o,.
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Aus den obigen Ausführungen geht'hervor; daß die erfindungsgemäße
Einrichtung die sofortige Stillsetzung aller Treibgaserzeuger der Anlage bewirkt,
wenn die Turbine 13 ihre zulässige Höchstdrehzahl überschreitet, und das einzeln
jeder Treibgaserzeuger sofort abgestellt wird, dessen Kolben den zulässigen Höchstdruck
überschreiten.