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Vorrichtung zum Rückgewinnen der Energie der durch die Rückströmdrossel
einer intermittierend arbeitenden Brennkammer entweichenden Gase Intermittierend
arbeitende Brennkammern, wie z. B. diejenigen von intermittierernden Strahltriebwerken,
sind derart ausgebildet, daB sie die Verbrennungsluft durch eine EinlaBöffnung hindurch
ansaugen, welche mit einer eine Rückströmdrossel bildenden Vorrichtung ausgerüstet
ist, die dazu dient, ein Entweichen von verbrannten Gasen nach vorn durch diese
Einlaßöffnung hindurch zu verhindern oder wenigstens weitgehend herabzusetzen. Eine
solche Rückströmdrossel kann bewegliche Ventile aufweisen, die zwar eine gute Abdichtung
gegen die verbrannten Gase gewährleisten, aber auf Grund der hohen Temperatur dieser
Gase rasch unbrauchbar werden. Vorzugsweise werden daher Rückströmdrosseln verwendet,
die keine beweglichen Ventile aufweisen.
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Im Gegensatz zu den Rückströmdrosseln mit beweglichen Ventilen gewährleisten
jedoch die aerodynamisch arbeitenden Rückströmdrosseln keine vollkommene Abdichtung
in der Strömungsrichtung nach vorn, und es entsteht daher unvermeidlich ein Verluststrom
in Form eines -Strahles aus Luft
und bzw. oder verbrannten Gasen,
die eine beachtliche kinetische Energie besitzen. Zweck der vorliegenden Erfindung
ist, diese Energie zurückzugewinnen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die aus einer RückströmdrosseJ
entweichenden Gase bei einem intermittierenden Strahltriebwerk dadurch auszunutzen,
daß man sie in ein um z8o° gebogenes Rohr treten läßt, welches sie in die Richtung
des Hauptstrahles lenkt, um dessen Antriebswirkung zu erhöhen. Es ist auch bereits
vorgeschlagen worden, die aus, einer aerodynamisch arbeitenden Rückströmdrossel
entweichenden Gase zum Erhitzen eines Raumes, wie z. B. desjenigen eines Staustrahltriebwerkes
auszunutzen.
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Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung zum Rückgewinnen der Energie
der durch die Rückströmdrossel einer intermittierend ärbeitenden Brennkammer entweichenden
Gase durch eine von dem aus der Rückströmdrossel entweichenden gesammelten Gasstrahl
beaufschlagte Gasturbine gekennzeichnet.
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Vorzugsweise wird, damit der gewünschte Zutritt von Frischluft durch
die Rückströmdrossel hindurch nicht beeinträchtigt wird, der Strahl der entweichenden
Gase mit Hilfe einer Leitung gesammelt, deren koaxial zur Rückströmdrossel liegende
Eingangsöffnung in einer gewissen Entfernung von der Drossel angeordnet ist, wobei
die Schaufeln der Gasturbine im Innern dieser Leitung oder an ihrem Ausgangsende
angeordnet sind.
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Die Rückgewinnung der Energie der durch die Rückströmdrossel einer
intermittierendarbeitenden Brennkammer entweichenden Gase gestattet, die Gesamtleistung
von durch solche Brennkammern betriebenen Einrichtungen, wie z. B. Dampfkesseln,
bei welchen eine intermittierende Brennkammer als Wärmequelle dient, Antrieben mit
einem Gasmotor hinter der intermittierenden Brennkammer, intermittierenden Strahltriebwerken
usw., beträchtlich zu erhöhen. Im Falle von intermittierenden Strahltriebwerken
liefert die Gasturbinenvorrichtung gemäß der Erfindung außer einet Leistungsverbesserung
den wichtigen Vorteil, daß sie den Antrieb von Hilfseinrichtungen,, wie z. B. einer
Brennstoffpumpe oder eines elektrischen Generators, gestattet. Da die gewöhnlichen
intermittierenden Strahltriebwerke keine umlaufenden Teile aufweisen, ist man bei
ihnen gezwungen, einen besonderen Motor für den Antrieb dieser Hilfseinrichtung
vorzusehen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. r ist ein schematischer Axialschnitt durch eine Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 ist ein analoger Schnitt durch eine- Ausführungsform, die in
dem Fall anwendbar ist, in welchem mehrere Brennkammern benutzt werden.
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In Fig. r bezeichnet r den vorderen Teil einer mit intermittierernder
Verbrennung arbeitenden Brennkammer, 2 einen Brenner und 3 ein Einlaßrohr in Form
eines Venturirohres, welches eine Rückströmdrossel darstellt. Nach jeder Verpuffung
in der Brennkammer r wird auf Grunddes geringen Unterdruckes, der in diesem Augenblick
darin herrscht, Verbrennungsluft durch das Rohr 3 hindurch in der Richtung angesaugt,
die der durch den Pfeil F angedeuteten Richtung entgegengesetzt ist. Das Einströmen
der Luft in dieser Richtung geht ungehindert vor sich und wird außerdem durch die
Form des Rohres 3 begünstigt. Im Augenblick einer Verpuffung erhöht sich dagegen
der Druck in der Brennkammer r beträchtlich, und er bewirkt den Ausstoß der verbrannten
Gase durch das am hinteren Ende der Brennkammer r angeordnete Auspuffrohr (nicht
dargestellt), weil das Einlaßrohr 3 in der durch den Pfeil F angedeuteten Strömungsrichtung
nur eine sehr geringe Durchlässigkeit besitzt. Da jedoch diese Durchlässigkeit nicht
den Wert Null haben kann, weil das Rohr 3 keine absperrenden Organe aufweist, ist
jede Verpuffung in der Brennkammer r von einem Verlust an Gas begleitet, das durch
das Einlaßrohr 3 in der Richtung des Pfeiles F nach vorn entweicht. Es entsteht
auf diese Weise am Ausgang des Rohres 3 ein axial gerichteter intermittierender
Strahl, der im allgemeinen aus einem Gemisch von aus der Brennkammer kommenden verbrannten
Gasen und Luft besteht, die sich im Augenblick der Verpuffung im Rohr 3 befindet;
je nach der Form und den Abmessungen dieses- Rohres 3 kann jedoch der Strahl auch
fast ausschließlich aus Luft oder aus verbrannten Gasen bestehen.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Strahl der entweichenden Gase in einer
Leitung q. aufgefangen und gesammelt, die koaxial zu dem Rohr 3 verläuft und deren
Eingangsöffnung in einer gewisgen Entfernung von dem Rohr 3 liegt, um den Eintritt
von Verbrennungsluft in das Rohr 3 nicht zu beeinträchtigen. Die so gesammelten
Gasstöße werden mittels eines Leitschaufelkrarnzes 5 gegen die Schaufeln 6 eines
Turbinenrades gerichtet, das auf einer Welle 7 angeordnet ist. Auf diese Weise wird
die kinetische Energie der aus dem Rohr 3 nach vorn entweichenden Gase mit @ hohem
Wirkungsgrad in Form mechanischer Energie zurückgewönnen, die an der Welle 7 der
Gasturbine, welche vorzugsweise eine Gleichdruckturbine ist, verfügbar ist.
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Es sei bemerkt, daß die Energierückgewinnungsleitung q., die eine
schwach divergent verlaufende Form hat, sich wie eine »Verdünnungsdüse« verhält.
Auf diese Weise vermag die Wiedergewinnungsleitung q. in den Intervallen zwischen
den aufeinanderfolgenden, aus dem Rohr 3 austretenden Strahlen unmittelbar Luft
aus der Atmosphäre in Richtung der Pfeile f aufzunehmen, wodurch zwar unvermeidlich
eine Verdünnung bewirkt wird, die aber nur einen geringen Einfluß auf den energetischen
Wirkungsgrad hat, wenn sie genügend begrenzt ist. Der so in der Leitung gebildete
Abgas-Luft-Gemischstrom wirkt auf die Turbine 6 ein, die an einer beliebigen Stelle
in der Leitung angeordnet sein kann. Es erscheint jedoch zweckmäßig, die Turbine
am Ausgang der Leitung q anzuordnen.
Im Falle einer Batterie von
intermittierend arbeitenden Brennkammern kann es von Vorteil sein, die vorderen
Teile der Rückgewinnungsleitungen derart zu gruppieren, d@aß die gewonnene mechanische
Energie an einer einzigen Welle verfügbar ist.
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Fig. 2 zeigt eine solche Anordnung für den Fall von zwei Brennkammern
i. Die aus jeder dieser Brennkammern durch die Rückströmdrosseln 3 entweichenden
Strahlen werden durch Leitungen 4Q und 4b gesammelt, die der Leitung 4 bei der Ausführungsform
gemäß Fig. i analog sind. Diese Leitungen 4Q und 4b münden jedoch in eine gemeinsame
Kammer 4" - die mit einer einzigen Gasturbine 6 in Verbindung steht.
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Bei den vorstehend beschriebenen Einrichtungen sind, da die Temperatur
der durch das Lufteinlaßrohr bzw. die Rückströmdrossel3 entweichenden Gase meistens
verhältnismäßig niedrig ist, weil sie mit Frischluft gemischt sind, die Gefahr der
Wärmekorrosion und die damit verbundenen Schwierigkeiten gering, selbst wenn der
Brennstoff einen starken Schwefelgehalt aufweist. Im übrigen wird die ganze Wärme
praktisch von den Wandungen ,der Brennkammer bzw. ihrem Auspuffrohr aufgenommen.
Die Gewinnung von mechanischer Energie ist auf diese Weise völlig unabhängig von
der Ausnutzung der Wärme, die beispielsweise erfolgt, um in einem Kessel Dampf zu
erzeugen, um eine Gasturbine mit heißen Gasen zu speisen oder um im Falle eines
intermittierenden Strahltriebwerkes den Antriebsstrahl zu erzeugen.