DE962841C - Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE962841C
DE962841C DESCH11305A DESC011305A DE962841C DE 962841 C DE962841 C DE 962841C DE SCH11305 A DESCH11305 A DE SCH11305A DE SC011305 A DESC011305 A DE SC011305A DE 962841 C DE962841 C DE 962841C
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DESCH11305A
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Dipl-Ing Dr-Ing E H Holzwarth
August Schilling
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SCHILLING ESTATE Co
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SCHILLING ESTATE Co
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/12Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the combustion chambers having inlet or outlet valves, e.g. Holzwarth gas-turbine plants

Description

  • Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender 1 reibgaserzeuger und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Betriebe Feulergasfe durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger mit Abarbeitung von Feuergasgefälle in Düsen- und Beschaufelungsanordnungen.
  • Entsprechend den bei derartigen Verpuffungsbrennkraftturbinenanlagen im Laufe der Entwicklung gesteigerten Drücken und Temperaturen und der dadurch bewirkten Erhöhung der Gefälle, die in den Beschaufelungen zur Abarbeitung kommen, hat man bereits das Gesamtgefälle unterteilt und zur Verarbeitung desselben mehrere Stufen vorgesehen. Das dabei in den einzelnen Verpuffun,gskammern je Verpuffung erzeugte Feuergasgesamtvolumen wurde zunächst nicht unterteilt, sondern man sah ursprünglich mehrere Turbinenstufen vor, die dasselbe Feuergas hintereinander in dem Druck nach unterteilten Stufen verarbeiteten.
  • Im Laufe der Entwicklung ging man dazu über, auch das je Verpuffung erzeugte Feuergas der Menge nach zu unterteilen. Dabei entwickelte sich als besonders aussichtsreich erscheinende Ausfüh; rungsform das Verfahren, zunächst höhergespannte Feuergase über ein gesteuertes Entlassungsorgan aus der Verpuffungskammer abzuziehen; das von diesem Entlassungsorgan abgeschlossene bzw. eröffnete Leitungsstück (Düsenvorraum) für Feuergase ging hierbei in eine der Beschaufeiungs.anardnung der ersten Turbinenstufe vorgeordnete Düsenanordnung über, so daß, dieses Entlassungsorgan auch als Düsenventil bezeichnet wurde. Jede Verpuffungskammer besaß ein zweites, gesteuertes Entlassungsorgan, über das Feuergase entlassen wurden, die bei Schluß des Düsenventils in der Verpuffungskammer gerade die Ladeluftspannung besaßen. Die bei Eröffnung dies-es zweiten Entla.-ssungsorgans, das als Auslaß.ventil bezeichnet wurde, gleichzeitig zugelassene Ladeluft verdrängte die Restfenergase über das Auslaßventil aus der Verpuffungskammer und füllte gleichzeitig letztere auf. Um auch das Arbeitsvermögen dieser noch beträchtlichen Druck, Temperatur und Wärmeinhalt aufweisenden Restfeuergase zu verwerten, wurden sie einer besonderen Düsenanordnung zugeführt, die man von der ersten Düsenanordnung nicht nur räumlich trennte, sondern einer zweiten Turbinenstufe vorordnete, die auch die aus der ersten Turbinenstufe entlassenden Feuergase über eine dritte Düsenanordnung verarbeitete, nachdem diese ursprünglich höhergespannt gewesenen Feuergase in einem zwischen den Turbinenstufen vorgesehenen Druckausgleichsbehälter in bezug auf ihre Spannungsschwankungen möglichst ausgeglichen worden waren.
  • Genauere thermodynamische Untersuchungen und Versuche zeigten jedoch, daß diese Art der Feuergasabarbeitung nicht zu den erstrebten Radwirkungsgraden zu führen vermochte, weil immer noch starke Unterschiede in den zu verarbeitenden Gefällen auftraten. Ein Blick auf das in Fig. i wiedergegebene Q-V-Diagramm einer derartigen, bekannten Turbinenausbildung bestätigt das. Ein derartiges Q-V-Diagramrn zeigt als Ordinaten den Wärmeinhalt der ausgeströmten Feuergasteilmengen, wobei die gezeichnete Doppellinie lediglich für den Zustand a, also für den höchsten Verpuffungsdruck p1, gilt und für ihn das adiabatisch.e Gefälle in kcal/nm3 angibt. Die Doppellinie entspricht dabei den während der Expansion auftretenden Zustandsänderungen. An und für sich gelten in den Q-S- und Q-V-Diagrammen als Adiabaten auftretende Doppellinien nur für die ideale Maschine, in der während der Expansion keine Entropieändierungen, d. h. keine Wärmeübergänge an die feuergasbierührten Wandungen und keine Wärmeentwicklungen durch Reibung am Laufrad und an den Schaufeln, auftreten. Bei der praktisch ausgeführten Maschine ist aber beides der Fall. Sorgfältige Untersuchungen über den Wärmeübergang an den feuergasberührten Wandungsflächen und Berechnungen der Ventilationsverluste an den Laufrädern und an den Schaufeln haben indes ergeben, daß im wesentlichen Gleichheit zwischen den abgegebenen und entwickelten Wärmemengen bei den Arbeitsprozessen besteht, die praktisch in Betracht kommen. Es ist daher in erster Annäherung berechtigt, auch für die praktisch ausgeführte Maschine von adiabatischen Zustandsänderungen, d. h. von Vertikallinien in den Q-S-, Q-V-Diagrammen auszugehen.
  • Als Abszissen sind aufgetragen die ausgeströmten Feuergasvolumina in Prozent der je Verpuffungs,-kammer erzeugten Feuergasgesamtmenge, die somit mit ioo% zu bezeichnen ist. Das Q-V-Diagramm entspricht also im wesentlichen einem Q-S-(Entropie)-Diagramm, etwa nach Pflaum, wobei als Abszissien die ausgeströmten Feuergasvolumina erscheinen. Bezeichnet man die von der höhergespannten Feuergasteilmenge beaufschlagte Düsenanordnung der ersten Turbinenstufe mit I, die von den dort teilweise abgearbeiteten Feuergasen nach dem Druckausgleich beaufschlagte Düsenanordnung mit Il, so erkennt man in der Fläche I IIQ die Arbeitsfläche, die der zunächst höhergespannt gewesenen Feuergasteilmenge zugeordnet ist, während die in einer Düsenanordnung IIb verarbeiteten Restfeuergase die Arbeitsfläche IIb besitzen. Das maß: stäblich gehaltene Diagramm läßt sofort erkennen, welche starke Gefälleunterschiede in der Düsenanordnung IIb auftreten; weiter zeigt das Diagramm, daß das in der zweiten Turbinenstufe tatsächlich ausgenutzte Arbeitsvermögen (Fläche IIb) dieser R@estfeuergase im Verhältnis zur der-Arbeitsfläche (I ;- IIQ) der ursprünglich höhergespannt gewesenen Feuergase verhältnismäßig geringfügig ausfällt, so daß der bauliche Aufwand ein=er besonderen Düsenanordnung III, für diese Restfeuergase in keinem befriedigenden Verhältnis zum erzielten Nutzen steht. Dazu kommt, daß man die Düsenanordnung IIb nur in der oberen Gehäusehälfte der Turbine anordnen kann, weil entsprechend. der durchweg üblichen Unterfluranordnung der Verpuffungskammern die Düsen I und IIa in der unteren Gehäusehälfte liegen. Feuergaszuführungen zur oberen Gehäusehälfte machen aber stets bauliche Schwierigkeiten und stören den klaren Gesamtaufbau der Turbine.
  • Damit ist eine Aufgabe in thermodynamischer und konstruktiver Beziehung gekennzeichnet worden, deren Lösung vorliegende Erfindung erstrebt und erreicht hat.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe kennzeichnet sich, ausgehend von Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger, bei dem in eine Verpuffungskammer Ladeluft eingeführt wird, während der Fewergasrest in derselben Zeitspanne aus ihr entlassen wird, erfindungsgemäß, dadurch, daß der Feuergasrest unmittelbar Räumen zugeführt wird, die im Feuergasweg an die letzte Beschaufelungsanordnung angeschlossen sind, und daß seine Spannung in diesen Räumen als Gegendruck auf die Beschaufielun:gsanordnungen wirksam gemacht wird, worauf durch Absenkung des Druckes des Feu rgasrestes, insbesondere durch Expansion desselben, in diesen Räumen ein Gegendruckverlauf erzeugt wird, der gleichzeitig mit der Dehnung einer höhergespannten Feuergasteilmenge in der vorgeschaltete=n Düsen- und Beschaufelungsanor dnung und mit annähernd gleicher Charakteristik wie diese auftritt.
  • Dieser Gegendruckverlauf kann zunächst in der Anschlußebene der Treibgasentnahmeleitung an das die Düsen- und Beschaufelungsanerdnungen umgebende Gehäuse erzeugt werden. Das hat den Vorteil, daß in den vargeschalteben Räumen, also vor allem im Radraum der letzten, umlaufenden Beschaufedung ein entsprechender Gegendruckverlauf eintritt, da diese Räume sämtlich in offener Verbindung stehen. Es treten also in den Düsen- und Beschauufelungsanordnungen selbst gleiche oder annähernd gleiche Gefälle auf, weil auch die ihnen expandierenden Feuergase der Spannung nach abfallen, so daß Expandions- und Gegendruckverlauf eine gleichartige Charakteristik aufweisen. Es muß nur noch in bereits vorgeschlagener Weise für den Synchronismus bzw. annähernden 'Synchronismus dieser Verfahrensmaßnahmen gesorgt werden, um die erstrebte Gleichhaltung der Gefälle verwirklichen zu können.
  • Geht man zunächst auf die Frage ein, welchen Räumen die Restfeuergase zweckmäßig zugeführt werden, so ist bei der Auswahl zwischen vorhandenen bzw. bei der Schaffung neuer Räume eigens zu dem genannten Zweck vor allem der Bedingung zu genügen, daß die erstrebte Rückwirkung auf die Düsen- und Beschaufelungsanordnungen zustande kommt. Dieser Bedingung ist bereits genügt, wenn man die Restfeuergase der Treibgasentnasnmeleitung zuführt. Denn diese Leitung niuß mit der Düsen- und Beschaufelungsanordnung in offener Verbindung stehen. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß das Auffüllvolumen dieser Treibgasentnahmeleitung bzw . eines ihr eventuell vorgeordneten Turbinenausströmgehäuses relativ groß ist, so daß Abweichungen in dem zur Expansionslinie annähernd äquidistant zu haltenden Verlauf der Gegendrucklinie, diagrammatisch gesprochen, Unstetigkeiten in der Aquidistanz auftreten können. Es erscheint daher vorteilhaft, zwar die Zuführung der Restfeuzrgase zur Treibgasentnahmeleitung grundsätzlich beizubehalten, die Zuführung zu letzterer aber über besondere, sich an die Auslaßventile an der Verpuffungskammer unmittelbar anschließende, gegen das Turbinenausströmgehäuse zweckmäßig abgetrennte, aber vorzugsweise in ihm liegende Räume . kleinen Rauminhaltes zu bewirken, wobei hierunter bei. notwendiger Länge eine Querschnittsgestaltung verstanden wird, die den Ventilquerschnitt im Eröffnungszustand der Ventile nicht oder nicht wesentlich unter Berücksichtigung der Änderung des spezifischen Vollumens der Feuergase bei der hinter den Ventilquerschnitten einsetzenden Dehnung überschreitet. Nimmt man die geschilderten Abweichungen aus Gründen der baulichen Vereinfachung in Kauf, so kann man natürlich die Restfeuergase auch in hinter der letzten Düsen- und Beschaufelungsanordnung gelegene Räume vorzugsweise ein Ausströmgehäuse der Turbine einführen, da dort immer noch die Möglichkeit der günstigen Rückwirkung des Spannungsverlaufes ,der Restfeuergase auf die Düsen-und Beschaufelungsanordnungen, wenn auch im herabgesetzten Ausmaß, besteht. Was für die Restfeuergase ausgeführt worden ist, gilt entsprechend für die Ausströmgase der letzten Turbinenstufe. Auch sie kann man in Räumen kleinen Rauminhafes, anschließend an die Fangdüsenanordnung hinter der letzten Beschaufelung, ' sammeln und ohne Ausbildung eines ausgesprochenen Ausströmgehäuses unmittelbar und möglicnst getrennt von den Resdeuergasen der Treibgasentnahmeleitung zuführen.
  • Die Restfeuergase werden als vorzugsweise unabhängig und getrennt von aus den Verpuffungskammern mit höherem Druck abgezogenen Feuergasteilmengen zu verarbeiten sein. Andererseits ist es zweckmäßig, der Düsen- und Beschaufelungsanordnung, hinter der, in Strömungsriohtung der Feuergase gesehen, die die Restfeuergase aufnehmenden Räume liegen; während der Zeitspanne dieser Zuführung Feuergasteilmengen höheren Druckes zuzuleiten.
  • Um nun den bereits erwähnten Synchronismus zu erreichen, ist es notwendig, während der Zeitspanne der Zuführung der Restfeuergase dis Düsen-und Beschaufelungsanordnungen der Turbine nicht nur mit höhengespannten Feuergasen zu beautschlagen, sondern auch nach früheren Vorschlägen eine Versetzung der Arbeitsspielfolge mehrerer, den Düsen- und Beschaufelungsanordnungen zugeordneten Verpufftgskammern, so vorzunehmen, daß während. der Zeitspanne der Dehnung aus einer Verpuffungskammer entnommener, höhengespannter Feuergase in der Düsen- bzw. Beschaufelungsanordnung aus einer anderen Verpuffungskammer Restfeuergase durch in sie eintretende Ladeluft verdrängt und diese niedrigergespannten Feuergase Räumen hinter der Beschaufelungsanordnung zugeführt werden. In diesem Falle verläuft der durch. die Restfeuergasmenge in bezug auf die v orgeordnetbe Düsen- und Beschaufelungsanordnung erzeugte Gegendruck synchron und mit annähernd gleicher Charakteristik wie die dieser Düsen- und Be..schaufelungsanordnung zugeordnete Expansionslinie, d. h., beide Linien verlaufen in einem diesem Verfahren entsprechenden Q-V-Diagramm annähernd äquidistant. Das bedeutet, da.ß diese vorgeordnete Düsen- und Beschaufelungsanordnung mix annähernd gleichem Gefälle beaufschlagt wird, so daß durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahmen zunächst die Rückwirkung eines hohen Radwirkungsgrades entsteht. Weiter .erreicht man außer dem noch diagrammatisch nachzuweisenden Vorteil, daß die Restfeuergase selbst thermodynamisch besser ausgenutzt werden als :es nach. den früheren Vorschlägen möglich war, -eine weitgehende Vereinfachung des Turbinenaufbaues, indem die Düsenanordnung II5 völlig fortfällt und dadurch der Turbinengehäuseo'oerteii nur entsprechend seinen Funktionen als Behälterdeckel ausgebildet zu werden braucht.
  • Das neue Verfahren ,ermöglicht durch Anwendung der sogenannten offenen Aufladung, die in .der Einführung von Brennstoff während der Verdrängung der Restfenergase von den Ladelufteinlaß- zu den Feuergasauslaßorganen unter gleichzeiligem Offenhalten beider Organe besteht, die Strömungsenergie des bewegten Ladeluftkolbens, der infolge Verwirklichung bestimmter strömungstechnischer Maßnahmen an den Einlaßenden der Verpuffungskammer .gebildet und erhalten. werden kann, zur ,gleichmäßig räumlichen Verteilung des Brennstoffes und damit zur Bildung .einer homogenen, einheitlichen Ladung der Verpuffung.skammern zu- benutzen, ohne daß die Gefahr einer Beeinflussung dieses Bewegungszustandes unter dem Einffuß der Ventilation der umlaufenden B:eschaufelungen besteht, weil die Restfeuergas.e und damit der Ladeluftkolben nur mit toten Räumierx in Verbindung gebracht werden, in denen. keine Wirbel durch bewegte Maschinenteile erzeugt werden können.
  • Die Vorrichtungen zur Durchführung der geschilderten Verfahren können in der verschiedensten Weise ausgebildet sein. Sie-kennzeichnen sich vorzugsweise dadurch, daß die Verpuffungskammern gesteuerte Auslässe, insbesondere Auslaßventile für durch Ladeluft verdrängte Restfeuergase, aufweasen, die mit Räumen hinter Beschaufelungsanordnungen, in Strömungsrichtung der Feuergase gesehen, feuergasleitend verbunden sind, wobei die Verpuffungskammern außer den Auslaßorganen für die Restfenergase weitere (gesteuerte) Auslässe für Feuergase verschiedener Anfangsspannung aufweisen, .die Düsen- und Beschaufelungsanordnungem zugeführt werden. Dadurch entsteht die bereits dargestellte Möglichkeit der Erzeugung gleicher Gefälle in diesen Düsen- und B:es:chaufelungsanordnungen mit Hilfe .des durch die R@estfeuergase zu erzeugenden Gegendrnckverlaufes. Zweckmäßig ist in dem Gehäuse der Feuergase niedrigster Spannung verarbeitenden Beschaufelungsanordnung eine besondere Fangdüsenanordnung vorgeschcn, die mit Leitungsteilen für aus,den Verpuffungskammern entlassene Restfeuergase in offener Verbindung steht. Diese Leitungsteile können als kurze Zuführungsstutzen geringen Querschnittes ausgebildet sein und in der Treibgasentnahmeleitung !offen ausmünden. Eine baulich gedrängte Anordming ergibt sich dabei besonders dann, wenn lein sich an die Fangdüsenanordnung anschließender Verbindungskörper für :die aus der Fangdüsenanordnung entlassenen Feuergase zwischen den Zuführungsstutzen für die Restfeuergase zur Treibgasentnahmeleitung angeordnet ist. Münden dabei dieser Verbindungskörper und die Zuführungsstutzen in Anschlußquerschnitt .der Treibgas;entnabmeleitung aun Turbinengehäuse ,offen aus, so kommt auf dem Umweg über Zuführungsstutzen für Restfeuergase und Verbindungskörper für aus der Fangdüsenanordnung austretende Feuergase mittelbar die erwünschte Gegendruckgestaltung in bezug auf die Düsen- und Beschaufelungsanordnungen der Turbine zustande, :nährend andererseits der Vorteil entsteht, eventuelle Dru-Idifferenzen zwischen Ausströmgasen der letzten Turbinenstufe und Restfeuergasen nutzbar machen zu können. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die bauliche Ai-:sbildung so zu: treffen, daß mit Rücksicht auf die immer noch hohen Temperaturen der Feuergase im Verbindungskörper und 3m Zuführungsstutzen, also sowohl in den Verbindungsräumen zwischen Fangdüsenanordnung und Treibgaslieferungsleitung als auch in den Zuführungen zwischen letzterer und gesteuerten Verpuffungskamrnerauslässen, diese Teile als blasen,-artige, -dünnwandige Hohlkörper ausgebildet sind. Es hat sich gezeigt, daß so ausgebildete Blasen in bezug auf alle Wärmeübergangs-, Kühlungs-, Temperatunr- und Festigkeitsverhältnisse am besten beherrscht werden können, so daß keinerlei betriebliche Schwierigkeiten aufzutreten vermögen. Die gleiche Ausbildung gibt auch die Möglichkeit, den Verbindungskörper zwischen Fangdüsenanardnung und Treibgaslieferungsleitung einerseits, die Stutzen zwischen Treibgaslieferungsleitung und gesteuerten Verpuffungskammerauslässen andererseits ineinanderzuschachteln und zweckmäßig als Kopfstück und Anschlußglied der Treibgaslieferungsleitung an den Treibgaserzeuger bzw. dessen Teile auszubilden.
  • Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel eines als zweistufige Verpuffungshrennkraftturbinenanlage mit vier Verpuffungskammern ausgebildeten öltreibgaserzeugers.
  • Fig. 2 zeigt eine tmlw .eise Seitenansicht auf .den Treibgaserzeuger und teilweise einen Schnitt durch eine .der Verpuffungskammern desselben, wobei die Schnittlinie nach Linie II-II der Fig. 3 verläuft; Fig.3 zeigt eine Stirnansicht auf die Turbinenanordnung und einen teilweisen Querschnitt durch sie nach Linie III-III der Fig. 2; Fig. 3 A entspricht in der Darstellung der Fig. 3 einer geänderten Ausführungsform des Turbinenteils der Anordnung; Fig.4 zeigt das Q-V-Diagramm einer nach den Fig. 2 bis 3 als Ölturbine ausgebildeten Treibgaserzeugers.
  • In den Figuren bezeichnen i, 2, 3 und ¢ die Verpuffungskammern, wobei die Verpuffungsharnmer 4 in Fig. 2 im Längsschnitt, Kammer 3 in Ansicht gezeichnet ist. Jede Verpuffungsk,ammer ist mit einem L adelufteinlaßventil 5 versehen, woheidas zur Kammer 4 zugehörige Ventil 5 gerade im geöffneten Zustand gezeichnet ist. Ladeluftzuführungslevtungen 6 führen den Verpuffungskammern die gespannte Ladeluft zu. Eingebaut in jedes Ladeluftventil 5 ist .ein Brennstoffeinspritzventil 7, dem der Brennstoff über die Brennstoffleitungen 8 zugeführt wird. Die Brennstoffleitungen 8 sind an eine nicht gezeichnete Brennstoffpumpe üblicher Ausbildung angeschlossen. Außerdem ist jede Verpuffungskammer mit nicht besonders bezeichneten Zündeinrichtungen versehen. Der Übergang der Verpuffungskammerwandungen von den Ladeluftventilen 5 zu dem zylindrischen bzw. prismatischen Teil 9 -der Verpuffungskammern ist nach Art einer Venturidüse ausgebildet, deren Diffusor io eine sehr schlanke Neigung besitzt, so @daß. die über 5 eintretende Ladeluft die Form eines Kolbens annimmt, der sich ohne Vermischung mit dem in Bewegungsrichtung vor ihm befindlichen Medium in der Verpuffungskammer vorschiebt und dieses Medium verdrängt, wenn diesem Gelegenheit zum Abströmen gegeben ist. Das ist dadurch geschehen, daß am Ende der Verpuffungskammer die gesteuerten Auslaßventile i i angeordnet sind. Außer den gesteuerten Auslaßarganen il sind Düsenventile 12 und 13 vorgesehen. Die Düsenventile 12 ;entlassen aus den Verpuff>rmgskammern höchstgespannte Feuergasteiimengen zu einer Düsenanordnung IQ zu, die dem Turbinenrad 14 der ersten Turbinenstufe mit der um-llaufenden Beschaufelung I vorgeordnet ist. Eine Fangdüsenanordnung 15 sammelt die aus der Düsen- und Beschaufelungsanordnung I, i¢ der ersten Turbinenstufe abströmenden Feuergase und führt sie einer Auffüllkammeranordnung 16 zu, die ihrerseits in .eine Düsenanordnung IIa übergeght, die der Beschaufelung II des Rades 17 der zweigten Turbänens;tufe vorgeordnet ist. In die Auffüllkammeran.ordnung 16 münden Leitungen i 8 ein, die sich an die Auslaßquerschnitte der Düsenventile 13 anschließen, so daß die Düsenanordnung IIQ alle Feuergase verarbeitet, die den Turbinenquerschnitt durchströmen, der die Düsenanordnung IIa enthält. Eine Fangdüsenanordnung i g nimmt die Feuergase auf, die in der Turbinenanordnung 1I, 17 Arbeit geleistet haben und führt sie gemäß. Fig. 3A. dem Ausströmgehäuse 2o der Turbinenanordnung zu. An das Auss.trömg@ehäuse 2o schließt sich ;die Treibgasentnahm@eleitung 21 an.
  • Während die Auslaßventile ii nach Fig.3A die Restfeuergasteilmenge unmittelbar in einen Ausströmgehäus-eteil2oentlassen, zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Fig.3 in bezug auf die Auslaßventile i i die abweichende Gestaltung, saß sich an die Auslaßquerschnitte der Ventile i i ein Zuführungsstutzen für die Restfeuergase in Farmeines flachgedrückten Blasenkörpers 22 anschließt, der seinerseits bei 23 in ,die Treibgasentnahm,eleitung 21 dort einmündet, wo deren Anschlußquerschnitt an das Turbinengehäuse 2o liegt. In derselben Ebene mündet ein blasenförmiger Verbindungskörper 28 ,aus, der die aus der Fangdüsenanardnung ig abströmenden Feuergase der Treibga sentnahmeleitung 21 zuführt.
  • Das Arbeitsverfahren einer derartigen Turbinenanordnung wickelt sich wie folgt ab: Es sei angenommen, in der Verpuffungskammer 4 sei gerade der Verpuffungsveröang zu Ende geführt worden, so saß in derselben Kammer der höchste Verpuffungsdruck p1 (Punkt El, in Fig. 4) auftritt. In diesem Zeitpunkt öffnet sich das Düsenventil 12, während alle anderen Ventile noch geschlossen sind und bleiben. Dadurch wird eine höchstgespannte Feuergas,teilmenge entlassen, die deshalb eine Teilmenge is,t, weil sich das Düsenventil 12 bereits im Punkt B (Fig. 4) schließt. Die entlassene, ursprünglich höchstgespannt gewesene Feuergasteilmenge beaufschlagt über die Düsen I, das Rad 14 der ersten Turbinenstufe mit der umlaufenden einkränzigen Beschaufelung I. Die teilweise abgearbeiteten Feuergase werden in der Auffangdüsena,_iordnung 15 aufgefangen und der Auffüllkammer 16 zugeführt. Eine .andere Kammer hatte aber bereits während einer dem zeitlichen Abstand der Punkte .A und B im Diagramm der Fig. 4 entsprechenden Zeitspanne das zugehörige Düsenventil 13 geöffnet und in die Auffüllkammer 16 über Beine -der Leitungen 18 eine niedriggargespannte Feuergastei.lmenge entlassen, deren ursprünglicher Spannungszustand durch einen dem Punkt B der Fig. 4 korrespündierenden Punkt des Diagramms gegeben ist, das zu dieser zweiten Kammer gehört. Eine dritte Kammer hatte wiederum während der gleichen Zeitspanne ihr Auslaßventil i i geöffnet und in die Räume 22 oder auch 2o die Restfeuergasteilmenge entlassen, die aus ihr unter dem Einfluß der gleichzeitig zugelassenen Ladeluft verdrängt wurde. Betrachtet man wieder die Vorgänge in der Verpuffungskammer 4, "so öffnet sich in dieser Kammer im Punkt :B unter Schluß. des Düsenventils. 12 das Düsenventil 13 und entläßt aus ihr eine niedrigergespannte Fenergast.eilmenge vom Gefällezustand B der Fig.4. Gleichzeitig hat eine andere Kammer ihr Düsenventil 12 eröffnet und wieder eine höchstgespannte Fenergasteilmenge zur ersten Turbinenstufe I, i ¢ zu entlassen, und wieder eine andere Kammer hatte ihr Auslaßventil i i eröffnet und ihre Restfeuergasteilmenge in die Räume 22 oder auch 20 über das zugehörige Auslaßventil i i entlassen. Kehrt man, wieder zur Betracliitung der Kammer ¢ zurück, so hatte also :die Kammer ¢ während der dem Abstand der Punkte B und C entsprechenden Zeitspanne die Au@ffüllkamgrner 16 aufgefüllt und in dieser Kammer einen Innendruck erzeugt, der sich als bestimmt verlausender Gegendruck zur vorgeordneten Düsen- und Bes'chaufelungsanordnung I, 14 auswirkt. Die Beeinflussung dies Gegendruckes verläuft dabei so, saß in dieser ersten Turbinenstufe praktisch gleiche Gefälle auftreten (vgl. die Aqüidistanz der Expansionslin!e!A-B und der Gegendrucklinie 24 in Fig. 4). Im Punkt C schließt sich das Auslaßventil 13 der Verpuffungskammer 4, und @es öffnet sich das Auslaßwentil i i ; gleichzeitig öffnet sich das Ladeluüteinlaßventil 5. über die Leitung 6 dringt Ladeluft ein, breitet sich im Diffusor io kolbenartig aus und verdrängt die in der Kammer 4 befindlichen Feuergase vom Zustand C, d. h. vom Druck po, der mit dem Ladeluftdruck übereinstimmt, während einer Zeitspanne, die dem zeitlichen Abstand der Punkte C und E entspricht. Nach bevor der Punkt E erreicht ist, führt der zugehörige Stempel der Brennstoffpumpe seinen Druckhub aus, so saß über das Ventil 7 in den noch in Bewegung befindlichen Ladeluftkolben Brennstoff eingespritzt wird. Da hierbei das Auslaßventil i i noch vffgen ist, erfolgt also eine sogenannte offene Aufladung, die den Vorteil einer .gleichmäßigen Verteilung - des Brennstoffies über die gesamte, ziemlich erhebliche Kammerlänge besitzt, se saß alle Voraussetzungen zur Bildung :einer homogenen Ladung und damit einer brisanten Verpuffung mit steilem Anstieg der Verpuffungsline im Diagramm erfüllt sind. Im Punkt E -schließen sich Ladelufteinlaß- und -auslaßventilt 5 und 11 . Kurze Zeit hiernach setzt die Zündung ein, und es wickelt sich die Verpuffung ab, bis wieder der Zustand .A der Verpuffuggskammer mit dem Auftreten des höchsten Verpuffungsdruckes pi erreicht ist.
  • Fig. 4 läßt genauer erkennen, zu welchen thermoidynamischen Ergebnigsen das dargestellte Arbeitsverfahren und die zu seiner Verwirklichung vorgesehenen Arbeitsmittel führen. Man erkennt in Fig. 4 außer den bereits ;erwähnten Punkten A, B, C und E zunächst die Arbeitsfläche I, welcihe der disponiblen Arbeit der Feuergasteilmenge entspricht, die über das Ventil 12 entlassen worden war, die also sowohl in der ersten Turbinenstufe I, 14 als auch in der zweiten Turbinenstufe I I, 17 Arbeit geleistet hatte. Eingezeichnet ist dabei die dem Innendruck in der Auffüllkammer 16 entsprechende, strichpunktiert wiedergegebene Linie 24, eo daß erkennbar wird, d.aß in dem oberhalb dieser Linie liegenden Flächenbereich gleichartige Gefällezustände in b:ezug auf die erste Turbinenstufe erhalten werden konnten. Aber auch in dem unterhalb der Linie 24 liegenden Bereich, der bis zur iobernen Begrenzung der Fläche III reicht und die Gefälle wiedergibt, die der gleichen, über das Düsenventil 12 entlassenen Feuergasteilmenge in der Turbinenstufe 11, 17 zugeordnet sind, läßt erkennen, daß die gleiche Peuergasteilmenge auch in der Turbinenstufe 1I, 17 annähernd gleiche Gefälle vorfindet. Das gilt gleicherweise für den Bereich II der über die Ventile 13 entlassenen Feuergasteilmenge, da auch hier die obere Begrenzungsfläche der Fläche III wieder äquidistant oder annähernd äquidistant zum Expansionslinienabschnitt B-C verläuft. Erreicht werden also diese günstigen Verhältnisse durch Gestaltung der oberen Begrenzungslinie der Fläche III, die dem disponiblen Arbeitsvermögen der die Treibgasleitung 23 durchströmenden. Feuergase entspricht. Ursächlich für diese obere Begrenzungslinie der Fläche III ist dabei der Umstand, daß man die Restfeuergasteilmengen nicht mehr, wie bisher, der besonderen Düsenanordnung einer Turbinenstufe zuführte, sondern daß man die Zuführung erfindungsgemäß zu Räumen 22 oder auch 2o hinter dien Düsen- und Beschaufelungssystemen I, 14, 1I, 17, in Strömungsrichtung der Feuergase gesehen, vornimmt. Maßgebend für diesen die Arbeitsfläche III begrenzendem Verlauf der Linien 25, 26, 27 ist dabei, daß die R:estfeuergase nicht wie bisher einer besonderen Düsenanordnung zugeführt werden, sondern entsprechend der Erfindung den Räumen 22 oder 2o hinter den Düsen- und Beschaufelungs.systemen I, 14 und 1I, 17 zugeleitet werden, alles in Richtung der Feuergasströmung gesehen.
  • Zunächst zeigt die Fläche III weit ausgeglichenere und kleinere Gefälleschwankungen als Fig. t, wobei noch nicht die Möglichkeit berücksichtigt worden ist, im Anschluß an die Räume 22, 28, gegebenenfalls auch 20 und 21, besondere, zusätzliche Räume zum Druckausgleich vorzusehen. Erkennbar wird aber auch vor allem der äquidistante Vezlauf .der Gegendrucklinien 25 zur Gegendnxcklini:e 24, die in bezug auf Gegendrucklinie 25 deshalb zum Expansionslinienabschnitt wird, weil Feuergase vom Zustand 24 die DüsienanoTdnung Il als die zweite Turbinenstufe benufschlagende Feuergase durchströmen. Der annähernd äquidistante Verlauf des Gegendrucklinienabschnittes 26 im Verhältnis zum Expansionslinienabschnitt B-C im Bereich II wurde bereits erwähnt, so daß. also auch erreicht wird, daß die über die Düsenventile 13 entlassenen Feuergasteilmengen bei ihrer Verarbeitung in der zweiten Turbinenstufe 1I, 17 gleiche oder annähernd gleiche Gefälle vorfinden. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die durch die Abschnitte 25, 26,27 entstehenden Gestaltungen des Gegendruckverlaufes, soweit sie sich auf die vorgeordneten Düsen- und Beschaufelungsanordnungen auszuwirken. vermögen, zunächst zu erhalten und erst später, in weiter entfernt liegenden Abschnitten der Treibgaszuführungsleitung 2 i, einen Druckausgleich vorzunehmen, der in Fig. 4 nicht berücksichtigt werden konnte, weil es hier auf die Rückwirkung der Res@tfeuergas,e auf die Gefällezustände in den vorgeordneten Turbinenstufen ankommt. Aus diesem Grunde ist die Gestaltung der blasenförmigen Stutzen 22 der Anordnung nach Fig. 3 linke Hälfte vorzuziehen, da man diesen blasenartigen Stutzen 22 kleinere Dimensionen als dem Ausströmgehäuse 2o erteilen kann; aus diesem Grunde ist es ebenso vorteilhaft, die aus der Fangdüsenanordnung t 9 austretenden Feuergase in dem zweiten, dünnwandigen und blasienförmigen Verbindungskörper 28 aufzufangen, aber durch Vereinigung der Mündungen 23 und 29 am Einmündungsquerschnitt der Treihgaszuführungsleitung 2r dafür zu sorgen, daß die durch die Linien 25, 26, 27 ,gegebenen günstigen Auswirkungen auf die Beschaufelung 1I, 17, damit auch auf die Auffüllkam:mer 16 und damit schließlich auf die erste Turbinenstufe I, 14, eintreten.
  • Was für .eine zweistufige Turbine ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß für jede andere Stufenzahl, also auch für einstufige und dreistufige Turbinen usf.
  • Entsprechend der Tatsache, daß für den Feuergaszustand, der in bezug auf :einen anderen Zustand zu einem bestimmten Enthalpiegefälle führt, nicht nur Druck, sondern auch Templeratu@r und physikalische Konstanten, wie Gaskonstante, adiabatischer Exponent der Feuergase, maßgebend sind, wäre es theoretisch möglich, die Absenkung der Gefällebegrenzungslinien 24, 25, 26 und 27 in Fig. 4 auch zu bewirken, ohne den Druck der Feuergase, also den Gegendruck auf vorgeordnete Düsen- und Beschaufelungsanordnungen, zu ändern. Da dadurch :offensichtlich :das Wesen der Erfindung nicht verlassen würde, ist also der Ausdruck Gegendrücke in diesem weiteren Sinne der mit diesen Gegendrücken korrespondierenden Linien im- Q-V-Diagramm zu verstehen.
  • Während nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 die Restfeuergase über besondere Räume 23 der Leitung 2 1 zugeführt Zierden, erfolgt nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3A die Zuführung der Restfeuergase über den Raum 20 unmittelbar in die Treibgasentnahmeleitung 2i.
  • Die Steuerung der beschriebenen Ein- und Auslaßorgane, die in Form von Ventilen veranschaulicht worden sind, an deren Stelle aber auch ohne weitere Schieber, membrangesteuerte Aus- und Einlässe @od. dgl. treten können, kann auf #die verschiedenste Weise vorgenommen werden, etwa mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektrisch, magnetisch, elektromagnetisch, hydromechanisch, hydroelektrisch, pneumomechanisch, prneumoelektrisch oder in sonstwie geeigneter Weise. Derartige Steuerungen und Vorrichtungen zur Regelung der gesteuerten. Vorgänge sind bekannt und sind nicht Gagenistand der Erfindung.

Claims (17)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger, bei dem in eine Verpuffungskammer Ladeluft eingeführt wird, während der Feuergasrest in derselben Zeitspanne aus ihr entlassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuergasrest unmittelbar Räumen zugeführt wird, die im Feuergasweg an die letzte Beschaufelungsanordnung angeschlossen sind, und daß seine Spannung in diesen Räumen als Gegendruck auf die Beschaufelungsanordnungen wirksam gemacht wird, worauf durch Absenkung des Druckes des Feuergasrestes, insbesondere durch Expansion desselben in diesen Räumen, :ein Gegendruckverlauf erzeugt wird, der gleichzeitig mit der Deihnung einer höhergespannten Feuergasteilmenge inder vorgeschalteten Düsen- und Besch'aufelungsanordnung und mit annähernd gleicher Charakteristik wie diese auftritt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Erzeugung des Gegendruckverlaufes in der Anschlußebene der Treibgasentnahmeleitung an das die Düsen- und Beschaufelungsanordnungen umgebende Gehäuse.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch unmittelbare Überführung der aus den Verpuffungskammern :entlassenen Restfeuergase in die Treib:gasentnähmeleitung. ¢.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, gekennzeichnet durch Einführung der Restfeuergasie in die Tr.eibgasentnahmeleitung über besondere, sich an die Entlassungsorgane an den Verpuffungskammern unmittelbar anschließende, gegen das Turbinengehäuse zweckmäßig abgetrennte und vorteilhaft in ihm untergebrachte Räume kleinen Rauminhaltes.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch unmittelbare Überführung der aus den Verpuffungskammern entlassenen Restfeuergase in hinter der letzten Düsen- und B.eschaufelungsanoirdnung gelegene Räume, vorzugsweise in ein Ausströmgehäuse .des Treibgaserzeugers.
  6. 6. Verfahren nach einem oder imehreren der Ansprüche i bis 5, gekennzeichnet @durch Einführung der aus einer Fangdüsienanordnung hinter .der letzten. Turbinenstufe aufgefangenen Ausströmgase in die Treibgasentnahmeleitung.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Restfeuergase unabhängig und getrennt von aus den Verpuffungskammern mit höherem Druck abgezogenen Feuergasteilmengen verarbeitet werden. B.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Einführung der aus einer Fangdüsenanordnung hinter der letzten Turbinenstufe aufgefangenen Ausströmgase in die Treibgasentnahmeleitung über besondere, sich an die Fangdüsenanordnung unmittelbar anschließende, gegen das Turbinengehäuse zweckmäßig abgetrennte und vorteilhaft in ihm untergebrachte Räume kleinen Rauminhalts.
  9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 8, gekennzeichnet durch Einführung der außerhalb einer Fangdüsenanordnung hinter der letzten Turbinenstufe aufgefangenen Ausströmgase in die Treibgasentnahmeleitung. i o.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche i und 3 bis 9, gekennzeichnet durch Einführung der aus einer FangdüsenanoTdnung hinter der letzten Turbinenstufe aufgefangenen Ausströmgase in einen Ausströmgehäuseteil der Turbine. i i.
  11. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche i bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpuffungskammern außer Ladelufteinlaßorganen Auslässe für durch Ladeluft verdrängte Restfeuergase aufweisen, die, in Feuergasrichtung gesehen, mit Räumen hinter der Beschaufelungsanordnung in feuergasleitender Verbindung stehen, wobei die Verpuffungskammern des Treibgaserzeugers Auslässe für Feuergasteilmengen verschiedener Anfangsspannung besitzen.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse der Feuergasteilmengen im Entlassungszeitpunkt niedrigster Spannung verarbeitenden Beschaufelungsanordnungen eine besondere Fangdüsenanordnung vorgesehen ist, die mit Leitungsteilen für aus den Verpuffungskammern entlassene Restfeuergasteümengen in offener Verbindung steht.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i i ,und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen FangdüsenanoTdnung und Treibgasentnahmeleitung ein vorteilhaft im Turbinengehäuse angeoT.drneter Verbindungskörper vorgesehen ist, der zweckmäßig von den Leitungsteilen für R@estfeuergase unabhängig und gesondert ausgebildet ist.
  14. 14- Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche i i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen gesteuerten Entlas;sungsorganen an den Verpuffungskammern und Treibgasentnahmeleitung vorteilhaft im Turbinengehäuse angeordnete Verbindungsstutzen vorgesehen sind, die zweckmäßig von dem Verbindu:igskörper zwischen Fangdüsenanordnung und Treibgasentnahmeleitung unabhängig und ges3nidert ausgebildet sind.
  15. 15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungskörper und Stutzen in der Einlaßmündungsebene .der Treibgasentnahmeleitung offen ausmünden.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i i bis 15, dadurch gekennzeichnet, da.ß Vwrbindungskörper und Stutzen als dünnwandige, blasenartige Hohlkörper ausgebildet sind. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungskörper und Stutzen ineinandergeschachtelt sind und das Kopfstück und das Übergangsglied ,der Tneibgasentnahmelei=g zur Fangdüsienanordnung und zu den Entlassungsorganen für die Restfeuergasteilmengen bilden.
  17. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 6o6 883, 596 025, 595 537, 577,395, 564476, 558785, 557 856, 555 56o, 542 108, 5 11 426.
DESCH11305A 1951-12-24 1952-12-19 Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens Expired DE962841C (de)

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