-
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.