DESC011204MA - - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
Tag der Anmeldung: 6. Dezember 1952 Bekanntgemacht am 3. November 1955Registration date: December 6, 1952. Advertised on November 3, 1955
DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger und Vorrichtungen zur Durchführung derartiger Verfahren.The invention relates to a method for operating propellant gas generators that produce fire gases by deflagration and devices for performing such methods.
Entsprechend der Möglichkeit, den hohen Explosionsdruck, unter dem derartige Feuer- oder Treibgase erzeugt werden können, in Strömungsenergie umzusetzen und sich zu dieser Umsetzung Düsen- und Beschaufelungsanordnungen zu bedienen, hat man bereits Feuergasgefälle, gegeben durch Druck, Temperatur und Wärmeinhalt der Feuergase (Enthalpie), in Turbinenanordnungen abgearbeitet und die dabei erzeugte, mechanische Energie entweder als äußere Arbeit der Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage abgegeben oder sie für die Zwecke der Anlage selbst, etwa zur Verdichtung der Betriebsmittel, wie beispielsweise Luft und Brenngas, verwandt.According to the possibility of the high explosion pressure, under which such fire or propellant gases can be generated, in flow energy implement and use nozzle and blading arrangements for this implementation there is already a fire gas gradient, given by the pressure, temperature and heat content of the fire gases (Enthalpy), processed in turbine arrangements and the mechanical energy generated either given as external work of the deflagration turbine system or used for the purposes the system itself, for example to compress the operating media, such as air and fuel gas, related.
Dabei trat im Laufe der Entwicklung das gleiche Bestreben wie bei Dampfturbinen oder nach dem Gleichdruckverfahren arbeitenden Gasturbinen auf, Drücke und Temperaturen immer weiter zu steigern, um den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern. Es wuchs also, der Feuergasgesamtenthalpie entsprechend, die Differenz zwischen dem vor den Turbinenrädern herrschenden Beaufschlagungsdruck und dem Gegendruck hinter den Turbinenrädern, in Strömungsrichtung der Feuergase gesehen, und sie erreichte schließlich Werte, welche bei gefällemäßig einstufiger Abarbeitung nichtIn the course of development, the same endeavors occurred as with steam turbines or after Gas turbines working on equal-pressure processes to keep increasing pressures and temperatures, to improve the thermal efficiency. So it grew, the total enthalpy of fire gas accordingly, the difference between the application pressure prevailing in front of the turbine wheels and the back pressure behind the turbine wheels, in the direction of flow of the fire gases seen, and it finally reached values that are not in the case of one-step processing
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mehr zufriedenstellend zu bewältigen waren. Man ging daher zu stufenförmigen Unterteilungen des Gesamtgefälles dem Druck nach über und paßte die Turbinen-rüder dem Zustand der Feuergase in den einzelnen Gcfällcstufen nach Möglichkeit an. Das in den einzelnen VerpufTungskammern je Verpuffung erzeugte l'Yuergasgesamtvolumen wurde dabei zunächst noch nicht unterteilt. Später wurde zwar bekannt, auch die Feuergasgesamtmengewere manageable more satisfactorily. One therefore went to gradual subdivisions of the Total gradient according to the pressure and fitted the turbine rudder to the state of the fire gases in the individual levels of payment if possible. That in the individual deflagration chambers for each deflagration The total volume of l'Yuergas generated was initially not subdivided. Later became although known, also the total amount of fuel gas
ίο selbst in 'IVilmengeii zu unterteilen, wobei man für jede Teilmenge vine ihrem Zustand möglichst angepaßte, besondere Düsen- und lieschaufeluiigsanordnung vorsah, die ein besonderes, gesteuertes Absehlußorgan zur Verpuilungskaminer voraussetzte.ίο to subdivide yourself into 'IVil quantityii, whereby one for Each subset has a special nozzle and blade arrangement that is as adapted as possible to its condition provided, which required a special, controlled shut-off device for the purge chamber.
>5 (iegenüber der so erforderlich werdenden Vielzahl von Turbinenstufe!) und Steuerorganen beschränkte man sich praktisch jedoch darauf, mir die Feuergase gesondert zu verarbeiten, die zur Vorbereitung der Kammer für die nächste Ladung als soso genannte Rcstfetiergase aus der Verpuffungskaninier entfernt werden mußten, damit gute Füllungsverhältnisse entstehen. > 5 (compared to the large number of turbine stages that became necessary!) And limited control elements In practice, however, one has to process the fire gases separately for me to prepare the chamber for the next charge as so-called residual gases from the deflagration canine had to be removed so that good filling conditions arise.
Ki nc derartige Verpuffungsbrennk raft turbinenanordnung ist in Fig. ι der Zeichnung veranschau-Ki nc such Verpuffungsbrennk raft turbine arrangement is illustrated in Fig. ι of the drawing
af) licht. Man erkennt die Vcrpuffungskanimer ι, das Ladelufteiulaßventil 2, das Nachladeluftventil 3, das ISrcimgascinlaßventil 4, die Zündungseinrichtung 5 und das Düsenventil. Dieses ist in gerade geöffnetem Zustand dargestellt. Die so entlassenen, hochgespannten und hocherhitzten Feuergase strömen der Düsenanordnung 1 zu, die dem als erste Turbinenstufe ausgebildeten zweikränzigcn Curtisrad 7 vorgeordnet ist. Die zweite Turbinenstufe wird von dem ebenfalls zweikräuzigen Curtisrad S gebildet. Dem Curtisrad S ist dabei zunächst die Düsenanordnung II,, vorgeordnet, die von den Restft'tKTgasen beaufschlagt wird ; zu diesem Zweck ist in der Vcrbindungsleitungo. zur Vorpuffungskammer T zu das gesteuerte Auslaßventil 10 vorgesehen.af) light. One recognizes the Vcrpuffungskanimer ι that Charge air inlet valve 2, the after charge air valve 3, the ISrcim gas inlet valve 4, the ignition device 5 and the nozzle valve. This is shown in the open state. Those so dismissed highly tensioned and highly heated fire gases flow to the nozzle arrangement 1, which is the first Turbine stage trained two-ring Curtis wheel 7 is arranged upstream. The second turbine stage is used by the also two-speared Curtisrad S educated. The Curtisrad S is initially arranged upstream of the nozzle arrangement II, that of the residual gases is applied; for this purpose is in the connection line o. to the pre-puff chamber T to the controlled exhaust valve 10 is provided.
Außer der Düsenanordnung II,, für die Restfeuergase ist eine zweite Düsenanordnung I J„ vorgesehen, welche zur Verarbeitung der aus dem Rad 7 abströmenden Feuergase dient. Damit diese Gase der Radanordnung S bei möglichst gleichbleibendem Druck zuströmen, steht der Düsenvorraum 11 vor der Düsenanordnung 11„ über den Stutzen 12 mit einem .Ausgleichsbehälter 13 in Verbindung, (\vr zur Verhinderung unnötiger Wärmeübergänge in der Aiisströmleitung 14 liegt. Der Ausgleichsbehälter 13 nimmt also die zunächst noch mit verhältnismäßig hohem Druck aus Rad 7 in den Düsenvorraum 11 überströmenden Feuergase auf und gleicht dadurch die Druckspitze aus. Andererseits speichert er die Feuergase und gibt sie beim Absinken des Druckes entsprechend dem Verlauf der Kxpansionslinie mit entsprechend hochgehaltenem Druck wieder an die Düsenanordnung 111, ab.In addition to the nozzle arrangement II "for the residual fire gases, a second nozzle arrangement IJ" is provided, which is used to process the fire gases flowing out of the wheel 7. In order for these gases to flow to the wheel arrangement S at as constant a pressure as possible, the nozzle antechamber 11 in front of the nozzle arrangement 11 is connected to an expansion tank 13 via the connector 12 (\ vr is located in the air flow line 14 to prevent unnecessary heat transfer So the fire gases initially flowing over from wheel 7 into the nozzle antechamber 11 with relatively high pressure and thereby compensates for the pressure peak.On the other hand, it stores the fire gases and, when the pressure drops, relays them to the nozzle arrangement according to the course of the expansion line with correspondingly high pressure 11 1 , from.
Das 1 )ruck-Zeit-l )iagramm eines derartigen Vorganges ist in Fig. 2 veranschaulicht, in der die aus-The 1) jerk-time diagram of such a process is illustrated in FIG. 2, in which the
fio gezogen gezeichnete Linie den Druck in der VerpuHungskammer 1 wiedergibt, während die gestrichelt gezeichnete Linie den vor der Düsenanordnung ll„ auftretenden Drücken entspricht. In Fig. 2 erkennt man den auf die Zündung im Zeitpunkt 15 folgenden Druckanstieg und die bei OfF-innig des Düsenventils im Zeitpunkt 17 einsetzende F.xpansion 18. Im Zeitpunkt 19 schließt sich das Düsenventil 6, im Zeitpunkt 20 das Auslaßventil 10. Schon vorher hatte sich das Ladeluftveutil 2 geöffnet, um die Restfeuergase über Leitung 9 und das noch offene Auslaßventil 10 zur Düsenanordnung IIft zu zu entlassen. Kurze Zeit nach dem Zeitpunkt 20 öffnet sich das Brenngasventil 4, und es schließt sich das Ladeluftventil 2. Unter der Einwirkung des sich hierauf öffnenden Nachladcluftventils 3 findet der Druckanstieg in der Kammer statt, der bei 21 veranschaulicht ist. Man erkennt, daß der Ausgleichsbehälter 13 nur noch unwesentliche Schwankungen des Feuergasdruckes 22 vor der Düsenanordnung JI1, bewirkt und daß günstige Radwirkungsgrade wenigstens in der Turbinenstufe 8 infolge Beaufschlagung mit im Druck im wesentlichen ausgeglichenen Treibgasen erwartet werden können.The drawn line shows the pressure in the spraying chamber 1, while the dashed line corresponds to the pressures occurring in front of the nozzle arrangement 11. 2 shows the pressure increase following the ignition at time 15 and the expansion 18 commencing at time 17 when the nozzle valve is ofF-intimate the charge air valve 2 had opened in order to discharge the residual fire gases via line 9 and the still open outlet valve 10 to the nozzle arrangement II ft . A short time after the point in time 20, the fuel gas valve 4 opens and the charge air valve 2 closes. Under the action of the subsequent charge air valve 3, the pressure increase in the chamber takes place, which is illustrated at 21. It can be seen that the expansion tank 13 causes only insignificant fluctuations in the fire gas pressure 22 upstream of the nozzle arrangement JI 1 , and that favorable wheel efficiencies can be expected at least in the turbine stage 8 as a result of the application of propellant gases that are essentially balanced in pressure.
Eine nähere Betrachtung des in Fig. 3 vcranschaulichten entsprechenden Q-F-Diagramms zeigt jedoch, daß diese an den reinen Druckverlauf geknüpften Erwartungen nicht in dem erwarteten Ausmaß eintreffen. In dem Q-FVDiagramm der Fig. 3, welches das übliche CKS'-Eiitropicdiagramm, ζ. B. nach Pflaum, mit den prozentual ausgeströmten Feuergasmengen, unter Berechnung der Feuergasgesamtmenge je Verpuffungskammer mit 100%, als Abszissen vereinigt, wobei die Ordinaten dem Wärmeinhalt der Feuergase in kcal/Nm3 entsprechen, erkennt man nämlich, daß die gestrichelt gezeichneten, der gestrichelten Linie 22 der Fig. 2 entsprechenden Linien 22„ oder 22;, durchaus nicht als Parallele oder annähernd Parallele zur Abszissenachse auftritt, was nötig wäre, wenn das Rad 8 too gleiche oder annähernd gleiche Feuergasgefälle vcrarlieiten sollte. Man beobachtete im Gegenteil einen ziemlich stark ansteigenden Verlauf dieser strichpunktierten Linie, woraus hervorgeht, daß sowohl das Rad 7 als auch das Rad 8 Feuergase stark wechselnden Gefälles verarbeiten müssen. Die gestrichelt gezeichnete Linie 22„ läßt aber auch erkennen, daß bei dem gewählten DüseiK|uerschnitts- \'crhältnis von /Ί für die Düsenanordnung 1 und /n„ für die Düsenanordnung II„ mit fu„ :/j = 1,99 die Gefälle im Bereich IT(, für das zweikränzige Curtisrad sehr klein wurden, so daß dessen Enthalpicantcil ungenügend würde. Diesen Nachteil kann man zwar durch Veränderung des Verhältnisses der engsten Düsenquerschnitte /U(, : /, beheben. So zeigt die gcstrichelt gezeichnete Linie 22/, den Trennungslinienverlauf zwischen den Flächen I und II„ bei einem Verhältnis flla :/i = 1,37. Aber an der grundsätzlichen Charakteristik der Trennungslinicn wird dadurch nichts Wesentliches geändert, sondern es verbessert sich nur die Leistungsverteilung in den Flächenbereichen I und II(f.A closer examination of the corresponding QF diagram shown in FIG. 3 shows, however, that these expectations linked to the pure pressure curve do not come true to the expected extent. In the Q-FV diagram of FIG. 3, which is the usual CKS'-egg tropic diagram, ζ. B. according to Pflaum, with the percentages of the amount of fire gas that have escaped, calculating the total amount of fire gas per deflagration chamber with 100%, combined as abscissas, where the ordinates correspond to the heat content of the fire gases in kcal / Nm 3 Line 22 of FIG. 2 corresponding lines 22 'or 22 ; , by no means occurs as a parallel or approximately parallel to the abscissa axis, which would be necessary if the wheel 8 too should represent the same or approximately the same fire gas gradient. On the contrary, a rather steeply rising course of this dash-dotted line was observed, from which it can be seen that both the wheel 7 and the wheel 8 have to process fire gases with a strongly changing gradient. However, the dashed line 22 "also shows that with the selected nozzle / cross-section ratio of / for nozzle arrangement 1 and / n" for nozzle arrangement II "with fu" : / j = 1.99 the gradient in the IT area ( , became very small for the two-ring Curtis wheel, so that its enthalpicantcil would be insufficient. This disadvantage can be remedied by changing the ratio of the narrowest nozzle cross-sections / U ( ,: /,. The dashed line 22 /, the course of the dividing line between the areas I and II "with a ratio f lla : / i = 1.37. But nothing essential is changed in the basic characteristics of the dividing lines, it only improves the power distribution in the areas I and II (f .
Im einzelnen erkennt man die Zustände der aus der Düse I strömenden Feuergase innerhalb der mit I bezeichneten und von rechts oben nach links unten schraffierten Arbeitsfläche, die Zustände derThe states of the fire gases flowing out of the nozzle I can be seen in detail within the marked with I and hatched from top right to bottom left, the states of the
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aus der Düse IIß strömenden Feuergase innerhalb der mit IIß bezeichneten und von links oben nach rechts unten schraffierten Arbeitsfläche und die Zustände der aus der Düse H6 strömenden Feuergase innerhalb der mit H6 bezeichneten und von oben rechts nach unten links schraffierten Arbeitsfläche. Der Flächeninhalt des Zwickels 23 entspricht dem Wärmeverlust, der beim Überströmen der Feuergase vom Auslaßventil 10 zur Düse H6 eintritt. Angedeutet ist weiter das Druck- und Temperaturliniennetz, das jedoch nur für die vom Punkte 17 aus senkrecht nach unten gehenden Doppellinie gilt, wobei diese Ordinate den auftretenden adiabatischen Feuergasgefällen entspricht.from the nozzle II ß flowing fire gases within the working area labeled II ß and hatched from top left to bottom right and the states of the fire gases flowing from nozzle H 6 within the working area labeled H 6 and hatched from top right to bottom left. The surface area of the gusset 23 corresponds to the heat loss which occurs when the fire gases flow over from the outlet valve 10 to the nozzle H 6 . The pressure and temperature line network is also indicated, but only applies to the double line going vertically downwards from point 17, this ordinate corresponding to the adiabatic fire gas gradients that occur.
Die in Fig. 3 dargestellten Verhältnisse lassen bereits die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung erkennen; denn Fig. 3 zeigt, daß es trotz stufenförmiger Unterteilung der Feuergasgefälle, sogar trotz Unterteilung der bei einer Verpuffung erzeugten Feuergasgesamtmenge, mit den Mitteln eines Ausgleichsbehälters (13 in der Anlage nach Fig. 1) nicht gelungen ist, den Radanordnungen (7 und 8) gleiche oder auch nur annähernd gleiche Feuergasgefälle zuzuordnen. Denn im allge-The relationships shown in FIG. 3 already leave the task on which the invention is based recognize; because Fig. 3 shows that despite the gradual subdivision of the fire gas gradient, even in spite of the subdivision of the total amount of fuel gas generated in the event of a deflagration, with the Means of an expansion tank (13 in the system of FIG. 1) has not succeeded in the wheel assemblies (7 and 8) assign the same or even approximately the same fire gas gradient. Because in general
meinen soll angestrebt werden, daß die abgearbeiteten Feuergasgefälle höchstens um 45 % des optimalen Gefälles, für das das Turbinenrad ausgelegt ist, schwanken, wobei die größte Schwankung nach oben höchstens 30%, nach unten höchstensmy aim is to ensure that the processed fire gas gradient is at most 45% of the optimum The gradient for which the turbine wheel is designed fluctuate, with the greatest fluctuation upwards at most 30%, downwards at most
.30 15% betragen soll. Nur dann können befriedigende Radwirkungsgrade erwartet werden, während andernfalls auch die thermodynamisch günstigsten Prozesse schlechte Radwirkungsgrade so in Mitleidenschaft gezogen werden, daß keine günstigen Gesamtwirkungsgrade mehr zu erwarten sind..30 should be 15%. Only then can you be satisfactory Wheel efficiencies are expected, while otherwise also the thermodynamically most favorable Processes bad wheel efficiencies are so affected that no favorable ones Overall efficiencies are more to be expected.
Erfindungsgemäß ist die grundsätzliche Lösung dieses Problems gefunden und durch zahlreiche Rechnungen und Versuche als gelungen bestätigt worden.According to the invention, the basic solution to this problem has been found and by numerous Calculations and tests have been confirmed as successful.
-40 Die Lösung des hiernach entwickelten Problems kennzeichnet sich, ausgehend von Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger mit Abarbeitung von Feuergasgefälle in Düsen- und Beschaufelungsanordnungen und mit Absenkung des in Strömungsrichtung des Feuergases hinter einer Beschaufelungsanordnung bewirkten Gegendruckes während oder nahezu während der Dehnung der Feuergase in der Düsen- bzw. Beschaufelungsanordnung, erfindungs--40 The solution to the problem developed below is characterized based on procedures for Fires producing propellant gas generators by deflagration with processing of fire gas gradients in nozzle and blading arrangements and with lowering in the direction of flow of the fire gas behind a blading arrangement caused counterpressure during or almost during the expansion of the fire gases in the nozzle or blading arrangement,
:5ο gemäß durch eine Bestimmung des Gegendruckverlaufes, bei dem in der Düsen- bzw. Beschaufelungsanordnung gleiche oder praktisch gleiche Enthalpieänderungen auftreten und bei dem insbesondere die Linie des Gegendruckes in einem: 5ο according to a determination of the counter pressure curve in the nozzle or blading arrangement the same or practically the same enthalpy changes occur and in particular the line of counter pressure in one
:55 Q-F-Diagramm, dessen Ordinaten dem Wärmeinhalt Q der Feuergase in kcal/Nm3 und dessen Abszissen den prozentuellen Anteilen V ausgeströmter Feuergasvolumina an der je Verpuffung und Verpuffungskammer erzeugten Feuergasgesamt-: 55 QF diagram, the ordinates of which are the heat content Q of the fire gases in kcal / Nm 3 and the abscissas of which are the percentages V of the volume of fire gas escaping from the total fire gas generated per deflagration and deflagration chamber.
'60 menge entsprechen, als Äquidistante zur Expansionslinie oder annähernd als solche auftritt. Es war oben ausgeführt worden, daß dabei von Verfahren ausgegangen wird, bei denen der Gegendruck hinter einer Beschaufelungsanordnung während oder nahezu während der Dehnung der Feuergase in der Düsen- bzw. Beschaufelungsanordnung abgesenkt wird. Diese Feststellung betrifft den bereits bekannten Vorschlag, den Gegendruck nach der letzten Stufe einer mit mindestens zwei Druckstufen arbeitenden Verbundgasturbine wesentlich zu erniedrigen, um das Gefälle zwischen auf den Raddruck entspannten Restfeuergasen und diesem Gegendruck zu vergrößern, damit dem so entstehenden konstanten Gefälle die Beschaufelung besser angepaßt werden kann, so daß also in der zweiten Turbinenstufe höhere Wirkungsgrade entstehen. Dagegen bleiben bei diesem Verfahren die unbefriedigenden Wirkungsgrade in der ersten Turbinenstufe jedoch bestehen, während erfindungsgemäß erreicht wird, daß die Gefälle in allen Stufen annähernd gleichartig ausfallen, womit sämtliche Turbinenräder mit höherem Wirkungsgrad als nach den früheren Vorschlägen erreichbar arbeiten.'60 corresponds to the amount, occurs as an equidistant to the expansion line or approximately as such. It was stated above that this is based on processes in which the back pressure behind a blading arrangement during or almost during the expansion of the fire gases is lowered in the nozzle or blading arrangement. This statement concerns the already known proposal, the back pressure after the last stage one with at least two pressure stages working composite gas turbine to lower significantly in order to reduce the gradient between the Wheel pressure relieved residual fire gases and to increase this counter pressure, so that the resulting constant slope the blading can be better adapted, so that in the the second turbine stage results in higher efficiencies. On the other hand, remain with this method however, there are unsatisfactory efficiencies in the first turbine stage while according to the invention what is achieved is that the gradients are approximately the same in all stages, which means all turbine wheels with a higher efficiency than according to the earlier proposals achievable work.
Die Absenkung des Gegendruckes oder der Gegendrücke kann dabei in der verschiedensten Art und Weise bewirkt werden. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, an die Gegendruckräume eine Kolbenanordnung anzuschließen, so daß durch Entfernung des Kolbens von dem Gegendruckraum weg der Gegendruck abgesenkt wird. Einfacher ist jedoch die Herstellung der Gegendruckabsenkung mittels Gase, die bei derartigen Turbinenanlagen in der Form von Feuergasen zur Verfugung stehen, so daß die Gegendruckabsenkung in weiterer Durchführung der Erfindung mittels zur Dehnung der Feuergase synchroner Dehnung den Gegendruck erzeugender Gase vorgenommen wird, wobei Feuergase maximaler Spannung mindestens einer Düsenbzw. Beschaufelungsanordnung zugeführt werden und bei der zur Dehnung in der Düsenanordnung synchronen Dehnung zweckmäßig ebenfalls Feuergase unterworfen werden. Im einzelnen kennzeichnet sich ein derartiges Verfahren zweckmäßig dadurch, daß Feuergase mit Erzeugungshöchstspannung nur einer Düsen- und Beschaufelungsanordnung zugeführt werden, während der zur Dehnung der Feuergase in der Düsenanordnung synchronen Dehnung vorteilhaft Feuergase unterworfen werden, die aus einer von mehreren Verpuffungskammern entnommen werden, die derselben Düsen- und Beschaufelungsanordnung zugeordnet sind, wobei die Feuergase einer der den Düsen-und Beschaufelungsanordnungen "zugeordneten Verpuffungskammern zweckmäßig in einem Zeitpunkt entnommen werden, in dem in dieser Kammer eine Feuergasspannung auftritt, die mit dem Feuergasdruck übereinstimmt, den die Feuergase am Ende der Dehnung in der Düsenanordnung aufweisen, und wobei in der Entnahmekammer mit einer Spannung oberhalb der Entnahmespannung erzeugte Feuergase bis zum Zeitpunkt des Beginns der Entnahme vorzugsweise auf die Düsen- und Beschaufelungsanordnung zur Wirkung gebracht werden, hinter der die Feuergase derselben Entnahmekammer mit kleineren, unterhalb der Entnahmespannung liegen-The lowering of the counter pressure or the counter pressures can be done in a wide variety of ways and wise to be effected. There is, for example, the possibility of a To connect piston assembly, so that by removing the piston from the back pressure chamber away the back pressure is lowered. However, it is simpler to produce the counterpressure reduction by means of gases that are available in the form of fire gases in such turbine systems, see above that the counterpressure reduction in further implementation of the invention means to stretch the Fire gases synchronous expansion of the counter-pressure generating gases is made, with fire gases maximum tension of at least one nozzle or Blading arrangement are supplied and in the case of the expansion synchronous to the expansion in the nozzle arrangement, it is also expedient to use fire gases be subjected. In detail, such a method is expediently characterized by that fire gases with maximum generation voltage are only supplied to a nozzle and blading arrangement during the expansion synchronous to the expansion of the fire gases in the nozzle arrangement are advantageously subjected to fire gases that are taken from one of several deflagration chambers assigned to the same nozzle and blading arrangement, the Fire gases from one of the deflagration chambers assigned to the nozzle and blading arrangements " expediently be taken at a point in time in which there is a fire gas voltage in this chamber occurs which corresponds to the fire gas pressure that the fire gases at the end of the Have expansion in the nozzle arrangement, and wherein in the extraction chamber with a tension Fire gases generated above the extraction voltage up to the point in time when extraction begins are preferably brought into effect on the nozzle and blading arrangement, behind the fire gases from the same extraction chamber with smaller ones below the extraction voltage
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den Drücken zur Erzeugung eines mit der Dehnung in der Düsen- und Beschaufelungsanordnung al>gesenklen Gegendruckes benutzt werden. Das kann durch eine Versetzung der Arbeitsspielfolge mehrerer den gleichen Düsen- und Beschaufelungsanordnungen zugeordneten Verpuffungskanimern erreicht werden, bei der während der Zeitspanne der Dehnung aus einer Verpuffungskammer entnommener Ectiergasc in der Düsen- und Beschaufe- luiigsanordnung aus einer anderen VerpuffungskaiiniHT entnommene Feuergase zur Herstellung des abgesenkten Gegendruckes benutzt werden, wobei durch Zuführung der zur Erzeugung des Gegendruckes herangezogenen Ecuergase zu weiteren ihnen zugewiesenen Düsen- und Beschaufehnigsanordmingen, liinter denen wiederum während der Dehnung der vorerwähnten Eeuergase in diesen Düsen- und Beschaufelungsanordnungen abgesenkte Feticrgasgegcndrücke gleichartigen Verlaufes er-the pressures to generate a lowering with the expansion in the nozzle and blading arrangement al> Back pressure can be used. This can be done by offsetting the work cycle sequence several of the same nozzle and blading arrangements assigned deflagration canisters can be achieved, in which during the period of expansion from a deflagration chamber extracted Ectiergasc in the nozzle and loading luiigsanordnung from a different VerpuffungskaiiniHT extracted fire gases are used to produce the reduced counter pressure, whereby by supplying the ecuergases used to generate the counterpressure to further nozzle and inspection arrangements assigned to them, behind them, in turn, during the expansion of the above-mentioned energy gases in them Nozzle and blading arrangements, lowered fuel gas back pressures of the same type
ao zeugt werden, sowie durch Wiederholung dieses Verfahrens für etwaige zusätzliche Turbinenstufen gleiche Entlialpieänderungen in diesen weiteren und zusätzlichen Turbinenstufen erzeugt werden können. Insbesondere kanu also während der Dehllung einer anfänglich höchstgespannten Feuergasteilmeuge in einer Düsen- und Beschaufelungsanordnung eine niedrigergespannte Feuergasteilineiige im (legendruckraum derselben Düsen- und Hescliaufelungsanordnung entspannt werden, nachdem sie in einer anderen Verpuftungskammer mit höherer Aiifangsspaimung als der im Gegendruckraum herrschenden Spannung erzeugt worden war, so daß die Enthalpieänderungen der ersterwähnten Fcuergasteilmeiige in der Düsen- und Beschaufelungsanordnuiig annähernd konstant gehalten werden. Ebenso kann eine niedrigergespannte Eeuergasteilmeiige von mittlerem Druck in einer zweiten Düsen- und lieschaufelungsanordnuiig entspannt werden, während gleichzeitig im Gegendruckraum der zweiten I'esehaufelungsaiiordnung eine einer dritten Verpufl'ungskainnier mit noch niedrigerem Druck entnommene Eeuergasteilmenge unter Erzeugung eines Gegendruckverlaufes entspannt wird, bei dem die Eiithalpieänderuiigen der der zweiten Verpun'inigskanimer anfänglich mit dem mittleren Druck entnommenen Eeuergasteilmenge im wesentlichen konstant sind, wobei dicErzeugungsspannung der der dritten Verpuffungskammer mit dem niedrigsten Druck entnommenen Eeuergasteilmenge größer ist als die höchste im Gegendruckraum der zweiten Düsen- und Hescliaufelungsanordnung erzeugte Spannung und wobei als niedrigstgespannte Eeticrgasteilinenge zweckmäßig Eeuergase verwandt werden, die aus einer Verpuffungskammer während deren Ladung mittels der Ladeluft als kestverbrennungsgase verdrängt werden.ao, as well as by repeating this procedure for any additional turbine stages the same entlialpy changes in these further and additional turbine stages can be generated. Especially canoeing during the stretching an initially highly stressed partial fire gas joint in a nozzle and blading arrangement a lower-tension fire gas component line in the (legend pressure chamber of the same nozzle and Hescliaufelungsanordnung be relaxed after they are in a different explosion chamber with a higher air discharge than the one in the counterpressure chamber prevailing voltage had been generated, so that the enthalpy changes of the former Fcuergaspartmeiige in the nozzle and blading arrangement be kept approximately constant. Likewise, a lower-tension renewable gas section can be used relaxed by medium pressure in a second nozzle and air scoop arrangement are, while at the same time in the back pressure chamber of the second I'esehaufelungsaiiordnung a one third deflagration kainnier with an even lower one The partial amount of pressure withdrawn is released while generating a counterpressure curve, in which the wholeness of the second Verpun'inigskanimer initially with the middle one The partial quantity of the renewed gas withdrawn from the pressure is essentially constant, with the generation voltage that of the third deflagration chamber with the lowest pressure is greater than the highest generated in the back pressure chamber of the second nozzle and Hescliaufelungsanordnung Tension and being used as the lowest tension Eeticrgasteilinenge expediently Eeuergase are released from a deflagration chamber during its charge by means of the charge air as fuel combustion gases are displaced.
Vorliegende Erfindung geht von der weiteren Erkenntnis aus, daß es durch Unterteilung des Arbeitsspieles jeder Verpuffungskammer in eine mit der Zahl der Verpuffiuigskammern übereinstimmende Anzahl von Arbcitsspielabschnitten möglich ist, die Arbeitsspielabschnitte vorzugsweise ohne zeitliche Pausen zwischen ihnen und ohne gegenseitige zeitliche Überdeckungen aneinanderzureihen, so daß die Arbeitsspielabschnitte mit jeweils gleicher zeitlicher Dauer abgewickelt werden können. Versetzt man dabei die Arbeitsspielfolge der Kammern unter- und gegeneinander um die Zeitdauer je eines Arbeitsspielabschnittes, so ergibt sich eine besonders einfache Lösung der Aufgabe, zu erreichen, daß mindestens eine Kammer zu jedem Betriebszeitpunkt die zugeordneten Düsen- und Bcschaufelungsanordnungen beaufschlagt, womit eine pausenlose Beaufschlagung verwirklicht wird. Dadurch überträgt die Turbinenwelle zu jedem Zeitpunkt, zu dem der zugehörige Generator im Netz liegt, ein positives Drehmoment, so daß Torsionserscheinungen fortfallen, die früher zu Störungen Anlaß gaben.The present invention is based on the further knowledge that it can be achieved by subdividing the work cycle each deflagration chamber into one corresponding to the number of deflagration chambers Number of work cycle sections is possible, the work cycle sections preferably without to string together temporal pauses between them and without mutual temporal overlaps, so that the work cycle sections are processed with the same duration be able. If you offset the work cycle sequence of the chambers below and against each other by the Duration of each work cycle section, this results in a particularly simple solution to the task, to achieve that at least one chamber has the associated nozzle and blading arrangements at each operating time acted upon, with which an uninterrupted act of application is realized. Through this transmits the turbine shaft at any point in time when the associated generator is in the network is a positive torque, so that torsion phenomena, which previously caused disturbances, are eliminated Gave cause.
Die Versetzung der Arbeitsspiele in den Vcrpuffungskammern einer Verpuff ungsbrennkraftturbincneinheit ist schon mehrfach bekanntgeworden. Diese Maßnahme wurde jedoch aus völlig abweichenden Gründen und zur Verwirklichung völlig andersartiger technischer Aufgaben ergriffen. Erwähnenswert unter diesen bekannten Vorschlägen ist lediglich eine Ausführungsform, bei der man die Arbeitsspiele so gegeneinander versetzte, daß sich die Zeitspannen der Restfcucrgas Verdrängung schließend aneinanderreihten. Man erreichte hierdurch zwar die Möglichkeit der Verwendung von Kompressoren mit steiler Charakteristik und den Fortfall der periodischen, also mit Pausen aufeinanderfolgenden Ladeluftentnahme, war alier noch nicht in der Lage, auch die übrigen Arbeitsspielabschnitte schließend aneinanderzureihen, so daß die durch Verwirklichung vorliegenden Erfindungsgedankens erreichbaren Vorteile noch nicht erzielt werden konnten, selbst wenn man die Zeitabschnitte der Ladelufteröffnungen in bckanuter Weise aneinanderreihen würde.The displacement of the work cycles in the deflagration chambers a deflagration combustion turbine unit has already become known several times. This measure, however, was made for completely different reasons and to become a reality completely different technical tasks taken. Worth mentioning among these well-known Proposals is only an embodiment in which the work cycles are offset against one another in such a way that that the time spans of the residual fuel gas displacement are lined up next to each other. One achieved this allows the use of compressors with steeper characteristics and the discontinuation of the periodic, i.e. with breaks in succession, charge air extraction, was not yet able to string together the remaining work cycle sections, so that the advantages that can be achieved by realizing the present inventive concept could not yet be achieved, even if one bckanuter the time segments of the charge air openings Way would string together.
Es ist ebenfalls bekannt, beim Betriebe derartiger Verpuflungskammern bei Beginn des Arbeitsspielabschnittes der Ladung einschließlich desjenigen der Restfeuergasverdrängung Ladelufteinlaß- und Restfeuergasauslaßorganc gleichzeitig zu eröffnen und beide durchweg als Ventile ausgebildeten Organe, zu schließen, wobei die Zuführung des Brennstoffes zweckmäßig während einer sich auf einen Teil der Zeitdauer dieses Arbeitsspielabschnittes erstreckenden Zeitspanne erfolgt. Die Beibehaltung dieses Ladeverfahrens im Rahmen vorliegender Erfindung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil dadurch besondere Arbeitsspielabschnitte für Spülung und Einführung des Brennstoffes wegfallen, so daß man mit bereits vier Verpuffungskammern in der Lage ist, die erforderliche Gegendruckabsenkung zu erzielen. Allgemeiner ausgedrückt bedeutet das, daß die Feuergase der Expansion während einer Zeitspanne unterworfen werden, die das «-fache der Dauer eines Arbeitsspielabschnittes beträgt, wobei η eine ganze Zahl gleich 1 oder größer als 1 ist, bei einer vorzugsweisen Unterteilung des Arbeitsspieles jeder Verpuffungskammer in mindestens η + 2 Arbcitsspielabschnitte, wobei außer zu den η Dehnungs-It is also known to simultaneously open charge air inlet and residual fire gas outlet organs when operating such deflagration chambers at the beginning of the work cycle section of the charge, including that of the residual fire gas displacement, and to close both organs, which are consistently designed as valves, with the supply of fuel expediently being carried out on a part of the Duration of this work cycle section extending time span takes place. Maintaining this charging method within the scope of the present invention is particularly advantageous because it eliminates special work cycle sections for flushing and introducing the fuel, so that with just four deflagration chambers you are able to achieve the required counterpressure reduction. In more general terms, this means that the fire gases are subjected to expansion for a period of time which is times the duration of a working cycle section, where η is an integer equal to 1 or greater than 1, with a preferred division of the working cycle of each deflagration chamber into at least η + 2 work cycle sections, where apart from the η expansion
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arbeitsspielabschnitten mindestens ein Arbeitsspielabschnitt für Ladung einschließlich Restfeuergasverdrängung und mindestens ein weiterer Arbeitsspielabschnitt für Zündung und Verpuffung tritt. Bei der Berechnung der Zahl der Verpuffungskammern sind sinngemäß nur die Verpuffungskammern zu zählen, die entsprechend der zeitlichen Versetzung der Arbeitsspiele um einen Arbeitsspielabschnitt zu einem beliebigen Betriebszeitpunktwork cycle sections at least one work cycle section for charge including residual fuel gas displacement and at least one further working cycle section for ignition and deflagration occurs. When calculating the number of deflagration chambers, only the deflagration chambers are analogous to count, according to the time offset of the work cycles by a work cycle section at any time of operation
ίο gerade voneinander abweichende Arbeitsspielabschnitte abwickeln. Es ist aber auch denkbar, etwa aus Gründen der Beschränkung der Kammergröße, parallel arbeitende Kammern, also Kammergruppen vorzusehen, die sich in bezug auf die zyklische Versetzung der Arbeitsspiele nicht anders verhalten wie eine einzige große Kammer, also jeweils im gleichen Arbeitsspielabschnitt stehen. In diesem Fall tritt bei der Zählung der Verpuffungskammern die Zahl der Gruppen an die Stelle der Einzelkammern.ίο working cycle sections that differ from each other transact. However, it is also conceivable, for example to limit the size of the chamber, to have chambers working in parallel, that is to say chamber groups to provide that are no different with regard to the cyclical offset of the work cycles behave like a single large chamber, i.e. each stand in the same work cycle section. In this case, the number of groups is added to the counting of the deflagration chambers Place of the individual chambers.
Vorliegende Erfindung beruht auf der abschließenden Erkenntnis, daß die Steigerung des Turbinenwirkungsgrades, die erfindungsgemäß unmittelbar und mittelbar dadurch erreicht wird, daß man beispielsweise einkränzige Beschaufelungen hohen Wirkungsgrades verwenden kann, von einer solchen Bedeutung ist, daß man auf die bisher zur Erzielung wirtschaftlicher Wirkungsgrade herangezogene Abwärmenutzung verzichten kann. Das bedeutet also, daß die Feuergaszustände außerhalb der Verpuffungskammern und der Düsen- und Beschaufelungsanordnungen sowie der Verbraucherstufe bis auf unvermeidliche Verluste unverändert aufrechterhalten werden, etwa durch Abführung von Kühlmittel mit der aufgenommenen Kühlwärme bzw. durch Abführung des der Aufnahme der Rückkühlwärme dienenden Wärmeträgers mit der aufgenommenen Rückkühlwärme oder auch durch Entlassung der Ausströmgase aus der Verpuffungsturbinenstufe der Anlage mit der fühlbaren Wärme, die sie beim Verlassen der letzten Beschaufelungsanordnung, in Feuergasrichtung gesehen, aufweisen.The present invention is based on the concluding finding that the increase in turbine efficiency, which according to the invention is achieved directly and indirectly by using, for example, single-ring blades can use high efficiency is of such importance that one has to rely on the previously used Achieving economic efficiencies can dispense with the use of waste heat. The thus means that the flue gas conditions outside the deflagration chambers and the nozzle and blading arrangements as well as the consumer level are maintained unchanged except for inevitable losses, for example through discharge of coolant with the absorbed cooling heat or by dissipating the intake the heat transfer medium serving the recooling heat with the recooling heat absorbed or else by releasing the exhaust gases from the deflagration turbine stage of the system with the tangible Heat that they generate when leaving the last blading arrangement, seen in the direction of the fire gas, exhibit.
Es sind zahlreiche Vorschläge bekanntgeworden, bei denen teils bewußt, teils aus Gründen zeichnerischer Vereinfachung die zu der Anlage zugehörigen Wärmetauscher .nicht dargestellt worden sind. Daraus kann jedoch nicht der Schluß gezogen werden, daß hierbei von der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis ausgegangen worden sei. Denn soweit diese Anlagen auf die Wärmenutzung bewußt verzichtet haben, gingen sie von irrtümlichen Vorstellungen über die zu erreichenden Wirkungsgrade aus, so daß über praktische Ausführungen derartiger Anlagen niemals etwas bekanntgeworden ist. Das gleiche gilt sinngemäß für die Anlagen, in denen die Wärmenutzung nicht dargestellt wurde, weil es in diesen Fällen auf die Wärmenutzung nicht ankam. Dem so Bekanntgewordenen gegenüber beruht vorliegende Erfindung auf der neu- und eigenartigen Feststellung, daß es durch die Verbindung mit dem neuen, oben dargestellten Betriebsverfahren gelingt, den Gesamtwirkungsgrad von Verpuffungsbrennkraftturbinen durch maßgebliche Erhöhung des Turbinenwirkungsgrades so zu steigern, daß die Wirtschaftlichkeit des Betriebes auch ohne Abwärmeverwertung verbürgt ist. Erst dieser Erfolg rechtfertigt es, die Anlage mit unverändert aufrechterhaltenen Feuergaszuständen außerhalb der Verpuffungskammern sowie der Düsen- und Beschaufelungsanordnungen der Verpuff ungsturbinenstufe zu betreiben, wenn man von den unvermeidlichen Verlusten durch Strahlung, Wärmeleitung usw. absieht.Numerous proposals have become known, some of which are deliberate, some for reasons of drawing Simplification, the heat exchangers belonging to the system have not been shown are. However, it cannot be concluded from this that the present invention is involved underlying knowledge was assumed. Because as far as these systems on heat use Having deliberately renounced, they went from erroneous ideas about those to be achieved Efficiencies from, so that there is never anything about practical designs of such systems has become known. The same applies mutatis mutandis to the systems in which the heat is not used was shown because in these cases the use of heat was not important. The one who has become known in this way on the other hand, the present invention is based on the novel and peculiar finding that by combining it with the new operating procedure outlined above, the overall efficiency of detonation combustion turbines by significantly increasing the To increase turbine efficiency so that the profitability of the operation without waste heat recovery is guaranteed. Only this success justifies maintaining the system with unchanged Fire gas states outside the deflagration chambers and the nozzle and blading arrangements the deflagration turbine stage to operate, considering the inevitable losses due to radiation, heat conduction etc. refrains.
Die zur Durchführung der geschilderten Verfahren dienenden Vorrichtungen können in der verschiedensten Art und Weise ausgeführt werden. Sie kennzeichnen sich vorzugsweise durch Düsen- und Beschaufelungsanordnungen zugeordnete Verpuffungskammern mit mehreren gesteuerten Auslassen zur Entnahme von Feuergasen zwecks Erzeugung während der Feuergasdehnung in den Düsen- bzw. Beschaufelungsanordnungen im Druck abgesenkter Gegendrücke hinter diesen Beschaufelungsanordnungen, in Strömungsrichtung der Feuergase gesehen, in Verbindung mit einer Ausbildung der Steuerung, bei der während der Eröffnung des höhergespannte Feuergase entlassenden Düsenventils einer Verpuffungskammer das entsprechende Düsenventil einer weiteren Verpuffungskammer geschlossen, aber mindestens eines ihrer weiteren, niedrigergespannte Feuergase entlassenden Düsenventile eröffnet ist, wobei das eröffnete Düsenventil mit einer Gegendruckkammer der Düsen- und Beschaufelungsanordnung verbunden ist, die über das eröffnete Düsenventil mit höhergespannten Feuergasen beaufschlagt ist. Insbesondere kann die Steuerung so ausgebildet sein, daß während der Eröffnung eines Düsenventils einer Verpuffungskammer das entsprechende Düsenventil einer weiteren Verpuffungskammer geschlossen, aber mindestens ein Auslaßventil derselben für den Feuergasrest eröffnet und mit der Gegendruckkammer der Düsen- und Beschaufelungsanordnung verbunden ist, die über das eröffnete Düsenventil mit Feuergasen beaufschlagt ist.The devices used to carry out the described methods can be of the most varied Way to be run. They are preferably characterized by nozzle and deflagration chambers associated with blading assemblies having a plurality of controlled outlets for the extraction of fire gases for the purpose of generation during the expansion of the fire gas in the Nozzle or blading arrangements in the pressure of reduced counter pressures behind these blading arrangements, seen in the direction of flow of the fire gases, in connection with a design of the control during the opening the nozzle valve of a deflagration chamber that releases higher-tension fire gases corresponding nozzle valve of a further deflagration chamber closed, but at least one her further, lower-tensioned fire gases releasing nozzle valves is opened, which opened Nozzle valve connected to a back pressure chamber of the nozzle and blading arrangement which is acted upon by higher tension fire gases via the opened nozzle valve. In particular the control can be designed so that during the opening of a nozzle valve one deflagration chamber the corresponding nozzle valve of another deflagration chamber is closed, but at least one outlet valve opens the same for the residual flue gas and with the The back pressure chamber of the nozzle and blading arrangement is connected, which opened over the The nozzle valve is exposed to fire gases.
Es wurde bereits oben erwähnt, daß die in den Beschaufelungen auftretenden, ziemlich gleichartig ausfallenden Enthalpiegefälle die Möglichkeit geben, eine Läuferscheibe mit höchstens einer Schaufelreihe zu besetzen, so daß die Umkehrschaufeln wegfallen, die bisher zu großen Kühlungsschwierigkeiten führten. Demgemäß können also Läuferscheiben, die vorzugsweise einen gemeinsamen Turbinenläufer bilden, mit höchstens einer Schaufelreihe besetzt werden, wobei der Läufer vorzugsweise zwei oder drei Scheiben aufweist. Entsprechend dem bereits oben erörterten Zusammenhang zwischen Arbeitsverfahren und Zahl der Verpuffungskammern ist die Zahl der Verpuffungskammern gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Arbeitsspielabschnitte einer Verpuffungskammer, wobei jede Verpuffungskammer mindestens η + ι Feuergasauslässe aufweisen kann. Dabei sind zweckmäßig unter den η + ι gesteuertenIt has already been mentioned above that the enthalpy gradients occurring in the blades, which are quite similar, make it possible to occupy a carrier disk with at most one row of blades, so that the reversing blades, which previously led to great cooling difficulties, are no longer needed. Accordingly, carrier disks, which preferably form a common turbine rotor, can be fitted with at most one row of blades, the rotor preferably having two or three disks. According to the relationship between the working method and the number of deflagration chambers already discussed above, the number of deflagration chambers is equal to an integral multiple of the number of working cycle sections of a deflagration chamber, each deflagration chamber having at least η + ι fire gas outlets. It is useful under the η + ι controlled
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l'Yucrgasauslässeii mindestens η Auslaßorgane (lurch Verordnung vor Düsen- und Beschaufelungsaiiordiuingeu als Düsenventil ausgebildet. Das bedeutet, daß für die Entlassung der Restfeuergase mindestens ein Auslaßorgan vorgesehen ist. Entsprechend jedoch der Möglichkeit, auch die Restfeuergase in einer besonderen Düsen- und Beschaufelungsanordnung wenigstens zum Teil abarbeiten zu können, können auch η + ι gesteuertel'Yucrgasausllaßii at least η outlet organs (by regulation before nozzle and blading devices designed as nozzle valve. This means that at least one outlet element is provided for the discharge of the residual fire gases To be able to process part, η + ι controlled
ίο Eeuergasauslässc als Düsenventile ausgebildet sein. Entsprechend groß ist die Anzahl der Düsen- und Hcschaufelungsauordnungen, also die Zahl der Turbiuenstufen. ίο Eeuergasauslassc be designed as nozzle valves. The number of nozzle and blading arrangements, i.e. the number of turbine stages, is correspondingly large.
1st die Treibgasentnalnneleitung an die Auslaßventilanordnung angeschlossen, die naturgemäß auch mit der letzten Beschaufelungsanordnung in feuergasleitender Verbindung steht, so gewinnt man die Möglichkeit, selbst die Restfeuergase zu der bereits obenerwähnten, günstigen Gestaltung des (iegendruckes heranzuziehen, so daß auch der letzten Turbinenstufe praktisch gleiche Teilgefälle zugeordnet sind.Is the propellant gas inlet line to the outlet valve assembly connected, which is naturally also in connection with the last blading arrangement in a fire gas-conducting connection, one wins the possibility of even the residual fire gases to the already mentioned, favorable design of the (Use the internal pressure so that the last turbine stage also has practically the same partial gradient assigned.
Die Ecuergasüberführungsleitungen innerhalb der Verpuffungsturbincnstufen sind vorteilhaft mit vollem, lichtem Querschnitt ausgeführt. Bisher mußte man in diese Kcuergasüberführungsleitungen die Wärmetauscher einbauen, wobei die lichten Querschnitte durch sie entweder verengt oder für den EaII erweitert wurden, daß man die Gas-Geschwindigkeiten unverändert aufrechterhalten wollte. Es gab natürlich auch die Möglichkeit, den Querschnitt unverändert aufrechtzuerhalten, indem man die Leitungswandungen selbst als Wännetauschflächen ausbildete. Aber auch diese Möglichkeit kommt erfindungsgemäß völlig in l'Ortfall. Zweckmäßig werden dabei die Uberführungsleilungen zwischen den Verpuffungskamtnern und/oder Düsen- sowie Beschaufelungsanordnungen der Verpuffungsturbinenstufe inner- halb eines die Düsen- und Beschaufelungsanordiiungen der Vcrpuffungsturbiiienstufe aufnehmenden (iehäuses angeordnet. Die vorzugsweise eingehäusigt· Ausbildung schließt aber naturgemäß nicht lnehrgehäusige Ausbildungen aus. Ebenso ist es nicht erforderlich, eine sich an die Verpuffungsturbinenstufe im Treibgasstrom anschließendeVerbraucherturbiiienstufe eingehäusig auszubilden oder ihr Gehäuse von dem oder denen der Verpuffungsturbinenstufe zu trennen, da bei allen diesen Möglichkeiten die vollen Vorteile der Verwirklichung der Erfindung entstehen würden. Der Begriff der »Stufe« hat dabei nicht die übliche Bedeutung derTurbinendruckstufe, sondern den der Aufteilung der Wärmekraftanlage in eine Treibgase erzeugende Verpuffungsturbinenstufe und in eine mit Treibgasen gespeiste Verbraucherstufe, die auch als Turbine, etwa als vielstufige Parsonsturbine, ausgebildet sein kann und dann die Eeuergasenergie in mechanische bzw. über einen angetriebenen elektrischen Generator in elektrische, äußere Arbeit umsetzt.The ecuergas transfer lines within the deflagration turbine stages are advantageous with full, clear cross-section. So far you had to go into these gas transfer lines install the heat exchangers, with the clear cross-sections either narrowed by them or for the EaII have been extended to allow the gas velocities wanted to maintain unchanged. Of course, there was also the option of keeping the cross-section unchanged, by designing the pipe walls themselves as heat exchangers. But also this According to the invention, the possibility comes entirely in the case of an accident. The transfer lines are useful between the deflagration chambers and / or nozzle and blading arrangements of the deflagration turbine stage within half of the nozzle and blading arrangements the exhaust turbine stage receiving (iehäuses arranged. The preferably encased · Naturally, however, training does not exclude apprenticeship training. It is not the same required, a consumer turbine stage following the deflagration turbine stage in the propellant gas flow to form a housing or its housing from the one or those of the deflagration turbine stage to separate, since with all these possibilities the full advantages of the realization of the invention would arise. The term "stage" does not have the usual meaning of the turbine pressure stage, but rather that of the division of the thermal power plant into a propellant gas generating deflagration turbine stage and in a consumer stage fed with propellant gases, which can also be designed as a turbine, such as a multi-stage Parson turbine can and then the Eeuergasergie in mechanical or via a driven electrical generator converted into electrical, external work.
Die gegenseitige Versetzung von Arbeitsspielabsclinitten ist an sich bekannt, beispielsweise um zu erreichen, daß bei Zuordnung von nur zwei Verpuffungskammern zu einem Turbinenläufcr, dessen Schaufeln auf einem verhältnismäßig kurzen, durch die Mündung der Ausströmdüse bestimmten Bogen dauernd mit Arbeitsgas beaufschlagt wird. Bei sämtlichen dieser bekannten \^orschläge, zu denen es beispielsweise auch gehört, die Restfeuergase in einen vom Radkastendruck unabhängigen Raum zu führen, die Entspannung in den Vcrpuffungskammern auf vor der zweiten Laufradstufe herrschenden Drücke zu treiben oder Regelungen so durchzuführen, daß keine Selbstzündungen in den Kammern auftreten, wurde jedoch mit stets gleichbleibendem Gegendruck gearbeitet, so daß starke Enthalpieänderungen und demgemäß unbefriedigende Radwirkungsgrade auftraten, zu deren grundsätzlicher Erhöhung die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen dienen, die somit durch die Vorschläge der angegebenen Art, die in rein baulicher Beziehung teilweise übereinstimmende Bauelemente benutzten, nicht bekanntgeworden sind.The mutual relocation of work cycle stages is known per se, for example to achieve that when only two deflagration chambers are assigned to a turbine runner, the blades of which on a relatively short, through the mouth of the discharge nozzle is continuously exposed to certain arc with working gas. at All of these well-known suggestions, to which it also belongs, for example, the residual fire gases in to lead a space independent of the wheel house pressure, the relaxation in the deflagration chambers to pressures prevailing before the second impeller stage or controls like that to ensure that no self-ignitions occur in the chambers, however, was always the same Counter pressure worked, so that strong enthalpy changes and accordingly unsatisfactory Wheel efficiencies occurred, the basic increase of which according to the invention proposed measures serve, thus by the proposals of the specified kind, the In purely structural terms, partially matching construction elements were used, but not known are.
Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel eines als Verpuffungsbrennkraftturbine mit mehreren Kammern und zwei Turbinenstufen ausgebildeten Treibgaserzeugers zur Versorgung einer äußere Arbeit liefernden Kraftwerksturbine.The drawing shows an embodiment of the inventive concept using the example of a propellant gas generator designed as a deflagration combustion turbine with several chambers and two turbine stages to supply a power plant turbine that supplies external work.
Eig. 4 veranschaulicht in schematischer Darstellung den erfmdungsgemäß getroffenen Aufbau eines öltreibgaserzeugers;Prop. 4 illustrates in a schematic representation the structure of a according to the invention oil propellant generator;
Eig. 5 zeigt das zugehörige Druck-Zeit-Diagramm, währendProp. 5 shows the associated pressure-time diagram during
Eig. 6 das Q-F-Diagramm der gleichen Anlage wiedergibt;Prop. 6 the Q-F diagram of the same system reproduces;
Eig. 7 zeigt das Q-F-Diagramm in einem größeren Maßstab unter Veranschaulichung eines abweichenden Arbeitsverfahrens;Prop. 7 shows the Q-F diagram on a larger scale Scale showing a different working method;
Fig. 8 stellt in teilweiser Ansicht in teilweisem Schnitt einen Treibgaserzeuger mit abgeänderten Ausführungen von Lade-, Düsen- und Auslaßventilen dar:Fig. 8 shows in a partial view in partial section a propellant gas generator with modified ones Versions of loading, nozzle and exhaust valves represent:
Fig. 9 stellt einen Querschnitt durch den Treibgaserzeuger nach Fig. 8 dar;FIG. 9 shows a cross section through the propellant gas generator according to FIG. 8;
Fig. 10 stellt in schematischer Darstellung einen Treibgaserzeuger mit Abarbeitung der Restfeuergase in einer besonderen Beschaufelung,10 shows a schematic representation of a propellant gas generator with processing of the residual fire gases in a special blading,
Fig. 11 eine gegenüber Fig. 10 etwas abgeänderte Ausführungsform dar.FIG. 11 is a somewhat modified version compared to FIG. 10 Embodiment.
In Fig. 4 bezeichnet 24 die Läuferwclle, auf der die beiden einkränzigen Turbinenlaufräder 25 und 26 sitzen, die die beiden Turbinenstufen des Aggregats bilden. Der Beschaufelungsanordnung 25« vorgeordnet ist die Düsenanordnung I, die mit jeder der dem Aggregat zugeordneten Verpuflungskammern 27, 28 usw. in feuergasleitender Verbindung steht. Diese Verbindungen sind mit 29 und 30 bezeichnet. Zur Verpuffungskammer abgcschlossen oder an sie angeschlossen werden die Stutzen 29, 30 über gesteuerte Düsenventile, die bei 31 und 32 angedeutet sind. Aus Vereinfachungsgründen ist die Steuerung dieser \^entile nicht gezeigt. Anordnung und Steuerung der Düsenventile 31 und 32 können jedoch grundsätzlich so ausgeführt sein, wieIn FIG. 4, 24 designates the rotor wheel on which the two single-ring turbine runners 25 and 26 sit, which form the two turbine stages of the unit. Upstream of Beschaufelungsanordnung 2 5 "is the nozzle assembly I, associated with each of the aggregate Verpuflungskammern 27, 28 etc. is in fire gas conductive communication. These connections are labeled 29 and 30. The nozzles 29, 30 are closed off or connected to the deflagration chamber via controlled nozzle valves, which are indicated at 31 and 32. For the sake of simplicity, the control of these elements is not shown. However, the arrangement and control of the nozzle valves 31 and 32 can in principle be designed as
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Sch 112041 al46 fSch 112041 al46 f
dies Fig. ι beim Ventil 6 in an sich bekannter Art und Weise veranschaulicht. Die Zündungseinrichtungen sind mit 5 bezeichnet, die Ladeluftventile mit 2. Entsprechend der Ausbildung als ölturbine sind bei 33 Brennstoffzuführungsleitungen vorgesehen, deren Einspritzenden unmittelbar in die Ladeluftventile 2 eingebaut sind. Eine Ringleitung 34 versorgt die Verpuffungskammern mit Ladeluft. Besondere Nachladeventile sind nicht vorgesehen, da die Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage, die vorwiegend zur Erzeugung von Treibgasen ausgebildet ist, nach dem sogenannten offenen Aufladeverfahren arbeiten soll, d. h. das noch zu besprechende Auslaßventil wird nicht nur während der gesamten Zeitdauer der Ladeluftventileröffnung in einer Kammer zwecks Ausschiebung des Feuergasrestes, sondern auch noch während des Beginns der Brennstoffeinspritzung (bzw. eines eventuellen Brenngaseinlasses) offen gehalten. Bei dieser offenen Aufladung erreicht man besonders günstige Durchmischungsverhältnisse von Luft einerseits, Brennstoff oder Brenngas andererseits. Insoweit entspricht der Aufbau der Verpuffungsbrennkraftturbine mit der geschilderten Abänderung des Lade-Verfahrens grundsätzlich der bekannten Turbinenausbildung nach Fig. 1.This Fig. ι the valve 6 in a known manner and way illustrated. The ignition devices are denoted by 5, the charge air valves with 2. Corresponding to the design as an oil turbine, fuel supply lines are provided at 33, the injection ends of which are installed directly in the charge air valves 2. A ring line 34 supplies the deflagration chambers with charge air. Special reloading valves are not provided, because the deflagration turbine system, which is primarily designed for the production of propellant gases is to work according to the so-called open charging process, d. H. that still to be discussed The exhaust valve is not only open for the entire duration of the charge air valve opening in a chamber for the purpose of expelling the residual fire gas, but also during the beginning the fuel injection (or a possible fuel gas inlet) kept open. At this open charging one achieves particularly favorable mixing ratios of air on the one hand, Fuel or fuel gas on the other hand. In this respect, the structure corresponds to the deflagration internal combustion turbine with the described modification of the charging process basically the known turbine design according to Fig. 1.
Erfindungsgemäß sind nun folgende weiteren Maßnahmen getroffen: Es sei zunächst verwiesen auf das Druck-Zeit-Diagramm der Fig. 5, dem die bisher beschriebene Turbinenanlage wieder in an sich bekannter Weise gehorcht. In diesem Diagramm bezeichnet A den Zeitpunkt, in dem sich der höchste Verpuffungsdruck nach der vorhergehenden Zündung ausgebildet hat. Durch Öffnung eines der Düsenventile 31, 32 tritt, ausgehend vom Punkte, die Expansion ein, die ohne die erfindungsgemäß getroffenen Maßnahmen unter Vermittlung der Düsen I bis Punkt C verlaufen würde. Dort schließt sich das betrachtete Ventil, und es öffnet sich eines der Ladelufteinlaßventile, gleichzeitig das dem Auslaßventil 10 der Fig. 1 entsprechende Auslaßventil, und es findet unter Einwirkung der nachdrängenden Ladeluft die Ausschiebung der Restfeuergase längs der Linie C-E statt. Im Zeitpunkt E schließen sich Ladelufteinlaß- und Auslaßventile. Vorher hat bei D die Einspritzung des Brennstoffes über die Leitung 33 stattgefunden, so daß also so die bereits erwähnte offene Aufladung bei offenen Ladelufteinlaß- und Auslaßventilen verwirklicht wird. Im Punkt E ist in den Kammern ein homogenes, gut durchgemischtes, zündfähiges Gemisch vorhanden, so daß es nur der Zündung im Zeitpunkt 15 bedarf, um den steilen Druckanstieg zu bewirken, der wieder zum Auftreten des höchsten Verpuffungsdruckes im Punkt A des nächsten Arbeitsspieles führen würde.According to the invention, the following further measures are now taken: Reference should first be made to the pressure-time diagram in FIG. 5, which the turbine system described so far obeys again in a manner known per se. In this diagram, A denotes the point in time at which the highest deflagration pressure has developed after the preceding ignition. By opening one of the nozzle valves 31, 32, starting from the point, the expansion occurs which, without the measures taken according to the invention, would proceed through the nozzles I to point C. There closes the viewed valve, and it opens one of the charge-air intake valves, at the same time the exhaust valve 10 of FIG. 1 corresponding exhaust valve, and it is under the action of the pursuing charge air the Ausschiebung the residual products of combustion along the line CE instead. At time E , charge air inlet and outlet valves close. Before that, the injection of the fuel via the line 33 took place at D , so that the already mentioned open charging is realized with the charge air inlet and outlet valves open. At point E there is a homogeneous, well-mixed, ignitable mixture in the chambers, so that only the ignition at time 15 is required to cause the steep pressure increase that would again lead to the occurrence of the highest deflagration pressure at point A of the next working cycle .
In bezug auf die Verarbeitung des Feuergasgefälles würde sich also die bisher geschilderte Ausbildung des Treibgaserzeugers nach Fig. 4 nicht wesentlich von der Ausbildung der Verpuffungsbrennkraftturbine nach Fig. 1 unterscheiden. Es war jedoch oben ausgeführt worden, daß.das Arbeitsverfahren der Anlage nach Fig. 1 deshalb nicht voll befriedigt, weil, wie Fig. 3 zeigt, trotz Anordnung des Druckausgleichsbehälters 13 die erstrebte Konstanthaltung der Feuergasgefälle an der Grenze der Bereiche I und Πα nicht eintritt.With regard to the processing of the fire gas gradient, the design of the propellant gas generator according to FIG. 4 described so far would not differ significantly from the design of the deflagration combustion power turbine according to FIG. 1. However, it was stated above that the working method of the system according to Fig. 1 is not fully satisfied because, as Fig. 3 shows, despite the arrangement of the pressure equalization tank 13, the desired constant of the fire gas gradient at the border of the areas I and Π α is not entry.
Erstrebt war der zur Abszissenachse möglichst parallele Verlauf der strichpunktiert gezeichneten Gegendrucklinie. Selbst wenn die Äquidistanz dieser Gegendrucklinie zur Abszissenachse hätte verwirklicht werden können, wären im Bereich I, d. h. durch die Radanordnung 7, noch verhältnismäßig stark wechselnde Feuergasgefälle zu verarbeiten gewesen. In Wirklichkeit trat nicht einmal die erwartete Parallelität der Gegendrucklinie zur Abszissenachse ein, sondern die Gegendrucklinie nahm einen ziemlich steilen Verlauf nach oben, so daß die Veränderung der Gefälle im Bereich I zunahm und auch im Bereich IIe nicht befriedigend wurde. Diese Verhältnisse verlangten eine grundsätzliche Änderung. Denn gelänge es, die in Fig. 3 ihrem wirklichen Verlauf gemäß gezeichnete Gegendrucklinie so zu verändern, daß sie äquidistant zur ausgezogen gezeichneten Expansionslinie verlaufen würde, dann würde man annähernd konstante Feuergasgefälle in den Turbinenrädern verwirklichen können.The aim was for the counter-pressure line drawn as dash-dotted lines to run as parallel as possible to the abscissa axis. Even if the equidistance of this counterpressure line to the abscissa axis could have been achieved, relatively strongly changing fire gas gradients would still have to be processed in area I, ie through the wheel arrangement 7. In reality, not even the expected parallelism joined the counter-pressure line to the x-axis one, but the back-pressure line took a pretty steep slope upwards so that the change in slope in the area I grew and in region II e not been satisfactory. These conditions required a fundamental change. If it were possible to change the counter-pressure line drawn in accordance with its real course in FIG. 3 so that it would run equidistant to the expansion line drawn in solid lines, then one would be able to achieve approximately constant fire gas gradients in the turbine wheels.
Eine derartige, ohne die Mittel der Erfindung hypothetisch bleibende Gegendrucklinie ist in Fig. 5 bei 35 eingezeichnet worden. Ihre Lage ist dabei so bestimmt worden, daß einer Reihe weiterer vorteilhafter Bedingungen genügt ist. Denn zunächst darf die mittlere Temperaturbeanspruchung einer mit einem derartigen Gegendruckverlauf arbeitenden Beschaufelung den Wert nicht übersteigen, der mit bekannten Radkonstruktionen, Radraumausbildungen und Kühlungsmöglichkeiten betriebssicher beherrscht werden kann, ohne daß die Werkstoffbeanspruchungen allzu sehr den Grenzwert der Kriechfestigkeiten der Werkstoffe erreichen. Der Abstand der beiden äquidistanten Diagrammlinien soll weiter so gewählt werden, daß Gefälle entstehen, die die Anwendung einkränziger Räder mit Umfangsgeschwindigkeiten ermöglichen, die höher als 250 m/Sek. sind, beispielsweise rund 300 m/Sek. betragen können. Schließlich soll die Gegendrucklinie möglichst unterhalb der Linie des kritischen Gegendruckes verlaufen, der bei Feuergasen zwischen 0,5 und 0,6 des Druckes in der Kammer beträgt. Das hat den Vorteil, daß Lavaldüsen zur Anwendung kommen können, bei denen die Strömungsverhältnisse vor dem engsten Düsenquerschnitt bei gleichen Düsenwirkungsgraden turbulenter sein dürfen als bei nicht erweiterten Düsen. Da diesen vorteilhaften Voraussetzungen die Gegendrucklinie 35 genügen soll, ist damit auch die engere technische Aufgabenstellung vorliegender Erfindung gekennzeichnet worden. Was dabei für die Düsenanordnungl und die Turbinenradanordnung 25 ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß auch für die Düsenanordnung II und die Turbinenradanordnung 26, so daß in bezug auf letztere im Diagramm· der Fig. 5 eine Gegendrucklinie zu verwirklichen wäre, die. durch den gestrichelten. Verlauf 36 gekennzeichnet ist.Such a counterpressure line, which would remain hypothetical without the means of the invention, is shown in FIG. 5 at 35 has been drawn. Their position has been determined in such a way that a number of others are more advantageous Conditions is sufficient. Because first of all, the average temperature stress of a Do not exceed the value that works with such a counterpressure curve Reliable in operation with known wheel constructions, wheel space designs and cooling options can be controlled without the material stresses exceeding the limit of the Achieve creep strengths of the materials. The distance between the two equidistant diagram lines should further be chosen so that inclines arise that the use of single-ring wheels with Allow circumferential speeds that are higher than 250 m / sec. are, for example around 300 m / sec. can be. After all, the counterpressure line should be below the critical line if possible Run counter pressure, which is between 0.5 and 0.6 of the pressure in the chamber for fire gases. This has the advantage that Laval nozzles can be used in which the flow conditions in front of the narrowest nozzle cross-section the same nozzle efficiency may be more turbulent than with non-enlarged nozzles. Since this The counterpressure line 35 is supposed to meet advantageous requirements, so it is also the narrower technical one Object of the present invention has been characterized. What for the nozzle arrangement and the turbine wheel assembly 25 has been carried out, applies mutatis mutandis to the Nozzle arrangement II and the turbine wheel arrangement 26, so that in relation to the latter in the diagram 5 would be to realize a counterpressure line that. by the dashed. Course 36 marked is.
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I >a es mit den Mitteln der Erfindung gelungen ist, diesen Verlauf der Gegendrücke zu verwirklichen, ist damit die erfmdungsgemäß gefundene Lösung bereits diagrammatiseli veranschaulicht worden.I> a succeeded with the means of the invention to realize this course of the counterpressures, the solution found according to the invention is thus already illustrated diagrammatically been.
I >ie lMlinduiig kennzeichnet sich also im Druck-Zi'it Diagramm der Fig. 5 durch bewußt und planmäßig durchgeführte Absenkung der in Strömungslichtung des Feuergases hinter den Beschaufelungsanordnungen 25, 26 erzeugten Gegendruck verlaufe 35· 3° während oder nahezu während der vom I'unkt A in Fig. 5 ausgehenden Dehnung der Feuer gase in den I Hisenanordnungen I, 11, durch die in den Keseliaufeiungsanordiiungen 25, 26 gleiche oder praktisch gleiche Feuergasgefülle, gegeben durch die Ät|uidistan/. der vom I'unkt A ausgehenden Expaiisionslinie und der Gegeiidrucklinien 35, 36, eintreten. In the pressure-time diagram of FIG. Point A in Fig. 5 starting expansion of the fire gases in the I iron arrangements I, 11, by the same or practically the same amount of fire gas in the Keseliaufeiungsanordiiungen 25, 26, given by the Et | uidistan /. the expansion line starting from point A and the opposing pressure lines 35, 36.
Um diese im Druck-Zeit-Diagramm veranschaulichte Erfindung konstruktiv zu verwirklichen, ist der Treibgaserzeuger nach Fig. 4 gegenüber dem bisher üblichen Aufbau der Yerpiiffuiigsbreiinkraftturbinc nach Fig. 1 in folgender Weise abgeändert worden: Außer den Düscnvcntilen 31, 32 sind weitere I )üsenventile 37, 38 in den Yerpuffuiigskaninieni 27, 28 vorgesehen worden, die mit den I H'isenvorräumen 39, 40 der Düsen Il über Stutzen i\\, .\2 in Verbindung stehen. Weiter sind Auslaßventile .13, .|.| angeordnet worden, die über die Stutzen .15, .|6 direkt auf das Ausslrömgeliäuse 47 des Ttirbinenrades 26 arbeiten. Das Ausströmgehäuse.i" steht über dicTreibgaszufülirungsleitung 48 mit einer Kraftwerksturbine in Verbindung, die etwa als vielstufige I'arsonsturbine ausgebildet sein kann. An die Stelle der Kraftwerksturbine kann jeder andere Treibgasverbraucher treten, der den Druck, die Temperatur und/oder den Würmeinhalt der das Ausströnigehäuse verlassenden Treibgase auszunutzen vermag.In order to constructively realize this invention illustrated in the pressure-time diagram, the propellant gas generator according to FIG. 4 has been modified in the following way compared to the previously usual structure of the Yerpiiffuiigsbreiinkraftturbinc according to FIG , 38 have been provided in the Yerpuffuiigskaninieni 27, 28, which are connected to the I iron vestibules 39, 40 of the nozzles II via nozzles I \\ ,. \ 2. There are also exhaust valves .13,. |. | have been arranged, which work via the nozzles .15,. | 6 directly on the Auslrömgeliäuse 47 of the Ttirbinenrades 26. The outlet housing.i "is connected to a power plant turbine via the propellant gas supply line 48, which can be designed as a multi-stage Arson turbine Capable of exploiting propellant gases leaving the vent housing.
Alle Kühl und Isoliennäntel sind aus Yereinfaehungsgründen nicht gezeigt worden.All cooling and insulating jackets are for reasons of simplicity not shown.
Wie man bereits der Fig. 5 zu entnehmen vermag, erreicht die Gegeildrucklinie 35 die Linie des Ladeluftdruekcs />(, in einem bestimmten Zeitpunkt.As can already be seen from FIG. 5, the opposite pressure line 35 reaches the line of the charge air pressure /> ( , at a certain point in time.
Würde man die (iegeiidrucklinie über diesen Zeitpunkt hinaus weitertreiben, d. h. würde man die Feuergase in den Düsen 1 über den Zeitpunkt hinaus expandieren lassen, der dem Schnittpunkt der (iegeiidrucklinie 35 mit der Linie des Ladeluft-If one were to drive the pressure line beyond this point in time, i.e. one would Let the fire gases expand in the nozzles 1 beyond the point in time which is the point of intersection the (pressure line 35 with the line of the charge air
So druckes entspricht, um auch in diesem vom Schnittpunkt ab beginnenden Zeitraum gleiche oder annähernd gleiche Feuergasgefälle zu erhalten, so würde vor den Düsen II, in Eeuergasrichtung gesehen, ein geringerer Druck herrscheu als im Ausströmgehäuse 47, da dieser entsprechend dem gewählten Ladeverfahren mit Restfeuergasen vom Druck der Ladeluft erfüllt ist. Es würden also küekströmungen und Bremswirkungen auf die Turbiiienräder entstehen, die unerwünscht sind. Aus diesem Grunde muli die Expansion der Feuergase in den Düsen 1 zu einem Zeitpunkt abgebrochen werden, der vor diesem Schnittpunkt der Gegendruckliiiie 35 mit der Linie des Ladeluftdruckes p0 liegt. Dieser Zeitpunkt wird aus Sicherheitsgründen etwas vor den genannten Schnittzeitpunkt vorvcrlegt. Er ist in Fig. 5 mit B bezeichnet worden. Im Punkt B schließen sich also die Düsenventile 31, 32, und die Düsenventile 37 und 38 öffnen sich. Dieselben Düsenventile schließen sich im Punkt C, und es öffnen sich die Auslaßventile 43, 44, um im Punkt E zu schließen. Dabei sind die Stcuerzeiten der Ventile 31 und 32 bzw. 37 und 38 bzw. 43 und 44 und damit die Arbeitsspielfolgen der den Düseu- und Beschaufelungsanordnungen I, 25 und II, 26 zugeordneten A^erpuffungskammern 27, 28 usw. zeitlich einander gegenüber so versetzt, daß ■— während der Zeitspanne der Dehnung A-B einer aus der Verpuff ungskammer 28 entnommenen höhergespannten Fcuergasteilmenge in der Düsen- und Beschaufelungsanordnung T, 25 — eine aus clerVerpuff ungskammer 27 entnommene, niedrigergespannte Eeuergasteilmcnge zur Herstellung des abgesenkten Gegendruckes 35 im Düsenvorraum 39, 40 und daß — während der Zeitspanne der Dehnung einer aus der\Terpuffungskammer27 entnommenen niedrigergespannten Feuergastcilmenge in der Düsen- und Beschaufelungsanordnung II, 26 — eine aus einer weiteren, nicht gezeichneten Verpuffungskammer entnommene, noch niedrigergespannte Feuergasteilmenge zur Herstellung des abgesenkten Gegendruckes 36 im Ausströmraum 47 benutzt werden. Demgemäß sind die Düsenventile 32 und 37 im geöffneten, die Düsenventile 31 und 38 sowie die Auslaßventile 43 und 44 im geschlossenen Zustand gezeichnet worden. Ein weiteres, nicht gezeichnetes, den Auslaßventilen 43, 44 entsprechendes Ventil ist offen zu denken, so daß eine die niedrigstgcspannte Feuergasteilmenge entladende, nicht gezeichnete A^erpuffungskammer mit dem Ausströmgehäuse 47 in Verbindung steht. Während der Dehnung A-B (Ing. 5) der über das offene Düsenventil 32 der Düsenanordnung I und der Beschaufelungsanordnung 25 zugeführten höhergespannten Fcuergasteilmenge der in der Verpuffungskammer 28 bei einer Verpuffung insgesamt erzeugten Feuergasmenge verläuft also der Gegendruck in den Düsenvorräumen 39,40, die zu diesem Zweck in nicht näher dargestellter Weise, beispielsweise durch ringförmige Ausbildung, verbunden sind, nach der Gegendrucklinie 35 entsprechend der Dehnung B-C der über das geöffnete Düsenventil 37 in die Düsen- \'orräume 39, 40 eingeführten, niedrigergespannten Teilmenge der in der Verpuffungskammer 27 insgesamt erzeugten Feuergasmenge. Dabei ist zu beachten, daß die im vorhergehenden Satz in bezug genommene Teildehnung B-C des Diagramms nach Fig. 5 zu einem Diagramm gehört, das den Druckverlauf in einer und derselben Kammer wiedergibt, daß also die die Gegendrucklinie 35 zur Teilcxpansion A-B in der Verpuffungskammer 28 erzeugende Teilexpansion B-C einer aus der Verpuffungskammer 27 entlassenen, niedrigergespannten Feuergasteilmenge nicht dem Diagramm der Fig. 5 angehört, sondern dem Druck-Zeit-Diagramm der Verpuffungskammer 27, das gegenüber dem in Fig. 5 wiedergegebenen Druck-Zeit-Diagramm derIf the pressure corresponds to in order to obtain the same or approximately the same fire gas gradient in this period starting from the point of intersection, a lower pressure would prevail in front of the nozzles II, seen in the direction of the exhaust gas, than in the outflow housing 47, as this would be with residual fire gases from the selected charging method Pressure of the charge air is fulfilled. So there would be cooling currents and braking effects on the turbine wheels, which are undesirable. For this reason, the expansion of the fire gases in the nozzles 1 must be terminated at a point in time which is before this point of intersection of the counterpressure line 35 with the line of the charge air pressure p 0 . For safety reasons, this point in time is brought forward a little earlier than the stated cut point. It has been designated by B in FIG. 5. At point B , the nozzle valves 31, 32 close and the nozzle valves 37 and 38 open. The same nozzle valves close at point C and the outlet valves 43, 44 open to close at point E. The control times of the valves 31 and 32 or 37 and 38 or 43 and 44 and thus the working cycle sequences of the exhaust chambers 27, 28 etc. assigned to the nozzle and blading arrangements I, 25 and II, 26 are offset in time with respect to one another that ■ - during the period of expansion AB a higher-tensioned Fcuergas partial quantity taken from the deflagration chamber 28 in the nozzle and blading arrangement T, 25 - a lower-tensioned Eeuergaseilmcnge taken from clerVerpuff ungskammer 27 to produce the lowered counter pressure 35 in the nozzle antechamber 39, 40 and that - during the period of expansion of a lower-tensioned amount of fuel gas taken from the \ T erpuffungskammer27 in the nozzle and blading arrangement II, 26 - an even lower-tensioned partial amount of fuel gas taken from another, not shown, deflagration chamber to produce the lowered counterpressure 36 in the outflow space 47 . Accordingly, the nozzle valves 32 and 37 have been drawn in the open state, the nozzle valves 31 and 38 and the outlet valves 43 and 44 in the closed state. Another valve, not shown, corresponding to the outlet valves 43, 44 is to be thought of as open, so that an exhaust chamber (not shown) which discharges the lowest-tensioned partial amount of fuel gas is connected to the discharge housing 47. During the expansion AB (Ing. 5) of the higher-tensioned partial amount of fire gas, which is supplied via the open nozzle valve 32 of the nozzle arrangement I and the blading arrangement 25, of the total amount of fire gas generated in the deflagration chamber 28 during a deflagration, the counterpressure in the nozzle vestibules 39, 40, which leads to this Purpose in a manner not shown, for example by ring-shaped formation, are connected according to the counterpressure line 35 according to the expansion BC of the lower-tensioned subset of the total generated in the deflagration chamber 27 via the open nozzle valve 37 into the nozzle \ 'or rooms 39, 40 Amount of fire gas. It should be noted that the time taken in the previous sentence with respect portion stretch BC part of the diagram of Fig. 5 a diagram showing the pressure profile in one and the same chamber representing that therefore the back-pressure line 35 forming the Teilcxpansion AB in the Verpuffungskammer 28 Partial expansion BC of a lower-tensioned partial amount of fire gas released from the deflagration chamber 27 does not belong to the diagram in FIG
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Verpuffungskammer 28 so vorauseilt, daß während der Zeitspanne der Teilexpansion A-B der über das Düsenventil 32 aus der Verpuffungskammer 28 entlassenen, höhergespannten Feuergasteilmenge die Verpuffungskammer 27 bereits eine niedrigergespannte Feuergasteilmenge entläßt, die nach ihrem eigenen, gegenüber dem Diagramm der Fig. 5 um die Zeitspanne A-B vorauseilenden Druck-Zeit-Diagramm gerade der Teilexpansion B-C unterliegt. Das gilt sinngemäß für die die Gegendrucklinie 36 erzeugende, niedrigstgespannte Feuergasteilmenge, die im Ausführungsbeispiel als aus einer Kammer ausgeschobene Restfeuergasmenge während der Zeitspanne C-E in das Ausströmgehäuse 47 hineinexpandiert. Das Druck-Zeit-Diagramm dieser nicht gezeichneten, die Restfeuergase ausschiebenden Kammer eilt dem Diagramm nach Fig. 5, das der Kammer 28 zugeordnet ist, um das Zeitmaß A-C vor. Mit anderen Worten, der Verlauf derDeflagration chamber 28 precedes so that during the period of partial expansion AB of the higher-tensioned partial amount of fire gas released from the deflagration chamber 28 via the nozzle valve 32, the deflagration chamber 27 already releases a lower-tensioned partial amount of fire gas, which according to its own, compared to the diagram in FIG. 5 by the time period AB advance pressure-time diagram is just subject to the partial expansion BC . This applies analogously to the extremely low-tension partial amount of fire gas which generates the counterpressure line 36 and which, in the exemplary embodiment, expands into the discharge housing 47 as a residual amount of fire gas pushed out of a chamber during the period CE. The pressure-time diagram of this chamber, which is not shown and which expels the residual fire gases, leads the diagram according to FIG. 5, which is assigned to the chamber 28, by the time measure AC . In other words, the course of the
ao Arbeitsspiele in der Kammer 27 ist gegenüber dem Verlauf der Arbeitsspiele in der Kammer 28 zeitlich so vorverlegt, daß während der Erzeugung des Gegendruckverlaufes 35'im Düsenvorraum 39, 40 mit Hilfe der Dehnung der über das geöffnete Düsenventil 37 in den Vorraum 39, 40 entlassenen, niedrigergespannten Feuergasteilmenge die über das Düsenventil 32 aus der Verpuffungskammer 28 entlassene, höhergespannte Feuergasteilmenge entsprechend der Teilexpansion A-B gedehnt wird.ao work cycles in chamber 27 is brought forward in time compared to the progression of the work cycles in chamber 28 so that during the generation of the counterpressure progression 35 'in the nozzle vestibule 39, 40 with the help of the expansion, the vented through the opened nozzle valve 37 into the vestibule 39, 40 , lower-tensioned partial amount of fuel gas, the higher-tensioned partial amount of fuel gas released from the deflagration chamber 28 via the nozzle valve 32 is expanded in accordance with the partial expansion AB .
Dieser zeitlichen Versetzung der Arbeitsspiele entsprechend wird während des GegendruckverlaufesThis temporal offset of the work cycles is correspondingly during the counterpressure curve
35 im Düsenvorraum 39, 40 der im Ausströmgehäuse 47 auftretende Gegendruck nach der Linie35 in the nozzle vestibule 39, 40 the counterpressure occurring in the outflow housing 47 according to the line
36 abgesenkt. Dadurch wird der Zweck der Erfmdung erfüllt. Die über das geöffnete Düsenventil 32 dem Düsen- und Beschaufelungssystem I, 25 zugeführte Feuergasteilmenge wird mit annähernd gleichem Feuergasgefälle verarbeitet, das durch die Expansionslinie A-B und die annähernd aequidistante Gegendrucklinie'35 gekennzeichnet ist. Die das Düsen- und Beschaufelungssystem II, 26 beaufschlagende, niedrigergespannte Feuergasteilmenge wird gleichzeitig in dieser Düsen- und Beschaufelungsanordnung II, 26 mit gleichem Feuergasgefälle verarbeitet, da die Linie 35, jetzt als Expansionslinie dieser niedrigergespannten Feuergasteilmenge, äquidistant zur Gegendrucklinie 36 des Ausströmgehäuses 47 verläuft. Diese Druck-Zeit-Diagramme lassen jedoch nicht erkennen, welche Feuergasgefälle die aus dem Rad 25 abströmende, teilweise abgearbeitete, zunächst höhergespannt gewesene Feuergasteilmenge bei der weiteren Verarbeitung vorfindet. Zu diesem Zwecke bedarf es einer Darstellung der gleichen Verhältnisse im Q-F-Diagramm, das in Fig. 6 gezeigt ist.36 lowered. This fulfills the purpose of the invention. The partial amount of fire gas supplied to the nozzle and blading system I, 25 via the opened nozzle valve 32 is processed with approximately the same fire gas gradient, which is characterized by the expansion line AB and the approximately equidistant counterpressure line 35. The lower tensioned partial amount of fire gas acting on the nozzle and blading system II, 26 is processed simultaneously in this nozzle and blading arrangement II, 26 with the same fire gas gradient, since the line 35, now as the expansion line of this lower tensioned partial amount of fire gas, runs equidistant from the counterpressure line 36 of the outflow housing 47. However, these pressure-time diagrams do not reveal which fire gas gradient is found in the further processing of the partial amount of fire gas flowing out of the wheel 25, which has been partially processed and which was initially higher tension. For this purpose it is necessary to show the same relationships in the QF diagram shown in FIG.
In diesem Diagramm ist wieder der Verlauf des Linienzuges A, B, C und E veranschaulicht. Die Feuergasgefälle sind auf der von A ausgehenden Ordinate abzulesen, die ausgeströmten Feuergasmengen auf der Abszissenachse. Das Druck- und Temperaturliniennetz ist nur angedeutet und gilt wiederum für die von A ausgehende Doppellinie. Diese Doppellinie veranschaulicht die Zustandsbedingungen während der Expansion. Diese Änderungen erscheinen im Q-^-Diagramm als vertikale adiabatische Linien, aber nur in der idealen Maschine, in der während der Expansion keine Entropieänderungen, also keine Wärmeverluste in den Wandungen auftreten und keine Wärmeabgabe durch Reibung am Laufrad und an den Schaufeln stattfindet. Für die ausgeführte Maschine treffen beide Voraussetzungen nicht zu. Doch zeigen sorgfältige Untersuchungen über den Wärmeübergang auf der Gasseite feuergasberührter Wandungen und Berechnungen der Ventilationsverluste an Schaufelrädern und Schaufeln, daß bei sorgfältig ausgeführten Anlagen die in Betracht kommenden Betriebsverfahren praktisch zur Gleichheit von abgegebener und aufgenommener Wärme führen. Es ist daher berechtigt, von adiabatischen Zustandeänderungen und demgemäß von vertikalen Linien im Q-S-Diagramm und damit im Q-F-Diagramm auszugehen. Eingetragen ist weiter die strichpunktiert gezeichnete Gegendrucklinie 35 und die gestrichelt gezeichnete Gegendrucklinie 36. Diese Linien bestimmen in Verbindung mit durch die Punkte B und C gelegten Ordinaten folgende Flächen: I?, I6, II und III. Die Fläche Ia unterhalb des der Teilexpansion A-B entsprechenden Kurvenverlaufes A-B entspricht der Arbeitsleistung der aus der Düsenanordnung I ausströmenden Feuergasteilmenge, ausgeübt auf das Rad 25. Die strichpunktiert gezeichnete Trennlinie 35 zwischen den Flächen I„ und I6 entspricht dem in den Düsenvorräumen 39, 40 auftretenden Gegendruck. Diese Gegendrucklinie ist in der Hauptsache abhängig von der Anzahl der arbeitenden Kammern, der Zahl und Größe der Düsenvorräume und der engsten Düsenquerschnitte. Mit der Gestaltung dieser Gegendrucklinie im Q-F-Diagramm kann der Radwirkungsgrad der Verpuffungsbrennkraftturbine weitgehend beeinflußt werden. Es wird in günstigster Weise beeinflußt, wenn es mit den Mitteln der Erfindung gelingt, ihn aequidistant oder annähernd aequidistant zum Linienzug A-B zu führen. Eine kleine Abweichung von der Aequidistanz anläßlich der Auffüllung der Düsenvorräume 39, 40 muß in Kauf genommen werden, doch ist diese Abweichung zu gering, als daß sie sich auf den Wirkungsgrad ungünstig auswirken könnte.In this diagram, the course of the lines A, B, C and E is illustrated again. The fire gas gradients can be read on the ordinate starting from A , the amounts of fire gas that have flowed out on the abscissa axis. The pressure and temperature line network is only indicated and applies again to the double line starting from A. This double line illustrates the state conditions during expansion. These changes appear in the Q - ^ - diagram as vertical adiabatic lines, but only in the ideal machine, in which no entropy changes occur during expansion, i.e. no heat losses in the walls and no heat dissipation takes place through friction on the impeller and the blades. Both requirements do not apply to the executed machine. However, careful investigations into the heat transfer on the gas side of walls in contact with the flue gas and calculations of the ventilation losses on paddle wheels and blades show that in carefully designed systems the operating methods in question lead to practically the same thing as the heat emitted and absorbed. It is therefore justified to assume adiabatic changes in state and, accordingly, vertical lines in the QA diagram and thus in the QF diagram. Also entered is the counterpressure line 35 drawn in dash-dotted lines and the counterpressure line 36 drawn in dashed lines. These lines determine the following areas in connection with the ordinates through the points B and C : I? , I 6 , II and III. The area I a below the curve AB corresponding to the partial expansion AB corresponds to the work performance of the partial amount of fuel gas flowing out of the nozzle arrangement I, exerted on the wheel 25. The dash-dotted dividing line 35 between the areas I "and I 6 corresponds to that in the nozzle vestibules 39, 40 occurring back pressure. This counterpressure line is mainly dependent on the number of working chambers, the number and size of the nozzle vestibules and the narrowest nozzle cross-sections. With the design of this counter-pressure line in the QF diagram, the wheel efficiency of the deflagration internal combustion turbine can be largely influenced. It is influenced in the most favorable manner if the means of the invention succeed in leading it equidistantly or approximately equidistantly to the line AB . A small deviation from the equidistance on the occasion of the filling of the nozzle vestibules 39, 40 must be accepted, but this deviation is too small for it to have an unfavorable effect on the degree of efficiency.
Es bezeichnet weiter I6 eine Fläche, die der Arbeitsabgabe der über die Düsen I zugeführten, höhergespannten Feuergasteilmenge in der Düsen- und Beschaufelungsanordnung II, 26 entspricht. Begrenzt wird die Arbeitsfläche I6 nach unten durch eine punktiert gezeichnete Gegendrucklinie 36, die dem Zustand der Feuergase im Ausströmgehäuse 47 entspricht. Erkennbar ist wieder die annähernde Äquidistanz zwischen, der strichpunktiert gezieichneten Gegendrucklinie 35 und dieser punktiert gezeichneten Linie 36, so daß also auch die Änderungen der Enthalpie annähernd konstant sind, die die über die Düsenanordnung I zugeführte Feuergasteilmenge bei der Verarbeitung in der zweiten Türbinenstufe vorfindet.It also denotes I 6 an area which corresponds to the work output of the higher-tension partial amount of fuel gas supplied via the nozzles I in the nozzle and blading arrangement II, 26. The working surface I 6 is delimited at the bottom by a dotted counterpressure line 36, which corresponds to the state of the fire gases in the outflow housing 47. The approximate equidistance between the counter-pressure line 35 drawn with dash-dotted lines and this line 36 drawn with dotted lines can again be seen, so that the changes in enthalpy that the partial amount of fuel gas supplied via the nozzle arrangement I find during processing in the second door bine stage are also approximately constant.
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Krkcnnbar ist außerdem die Arbeitsfläche II, welche der disponiblen Arbeit entspricht, die die Ul)IT eines der Düsenventil 37, 38 entlassene, niedrigergespaimte Feuergasteilmenge in der Türbineiianordnuiig IT, 26 entfaltet. Auch diese niedrigergespaunte Fciiergasteilmenge findet infolge der annähernden Aquidistanz zwischen dem Kurvenasl />'-('und der ]umktiert gezeichneten Gegendrucklinie 36 auf dem größten Teil des Verlaufes der (jegendnicklinie annähernd gleiche Feuergasgefällc voi', so dal>! also beide Turbinenstufen annähernd gleichbleibende Kinzelgefälle zu verarbeiten haben. Ks besteht daher die Möglichkeit, daß diesen gleichartigen (iefälleverhältnissen weitestgehend ent-Si)It1ChCIi(Ie Kad bzw. eine entsprechende Kadgruppe ni'it optimalem Wirkungsgrad anzuwenden und damit die Vcrpurfungsbreniikraftturbinc in den Rang der Turbinen mit gleichem Gefälle zu erheben. Das gill auch für die Arbeitsfläche III der Kraftwerksturbine. The working area II, which corresponds to the available work, which the UI IT of a lower-sputtered partial quantity of fuel gas discharged from the nozzle valves 37, 38 in the door assembly IT, 26, can also be controlled. Due to the approximate equidistance between the curve asl / '- (' and the reverse pressure line 36 drawn in reverse, this lower-sputtered partial amount of fuel gas also finds almost the same fire gas gradient so that both turbine stages have approximately the same small gradient There is therefore the possibility of using these similar (incidence ratios largely ent-Si) It 1 ChCIi (Ie Kad or a corresponding cad group with optimal efficiency and thus the traction fuel turbine to the rank of turbines with the same gradient This also applies to working area III of the power plant turbine.
!•'ig. 7 zeigt ein in einem anderen Maßstab gehaltenes (J-I'-Diagramm eines Betriebsverfahrens, bei dein eine der Gleichdruckverbrennung mehr oder weniger angenäherte Verbrennung mit einer Gleichlaumverbrennung vereinigt worden ist. Bei dem Bctriebsverfahren.das die Grundlage des Diagramms nach Fig. 7 bildet, wird die Zündung in verhältnismäßig großer Nähe der Düsenventile 31 oder 32 bewirkt, über die die höchstgespannte Feuerteilgasmenge in die erste der Düsenanordnungen entladen wird. Diese Düsenventile werden vor völlig beendeter Verbrennung bzw. Verpuffung eröffnet, also vor dem Zeitpunkt, in dem es ohne diese VorcröllHung zur Ausbildung der I löehstdruckspitze A kommen würde, die dem Punkt .·/ der Fig. Ci entspricht. Ks entweichen also Gase, deren Verbrennung bzw. Verpuffung mehr oder weniger beendet ist, vor dem KmIe der Zeitspanne, die zur Durchführung der Verbrennung bzw. Verpuftung vorgesehen ist, abgesehen davon, daß diese naturgemäß unabhängig von dieser Voreröffming der Düsenventile zu Knde geht.! • 'ig. 7 shows a (JI ') diagram of an operating method, held on a different scale, in which a combustion which more or less approximates the constant pressure combustion has been combined with a constant pressure combustion. In the operating method which forms the basis of the diagram according to FIG It causes ignition in relatively close proximity to the nozzle valves 31 or 32, via which the highly tensioned partial fire gas is discharged into the first of the nozzle arrangements I would come to the löehstdruckspitze A that point. · / Fig. C corresponds so. Ks escaping gases whose combustion or explosion is more or less completed before the KmIe the period, which provided for the implementation of combustion or Verpuftung is, apart from the fact that this is naturally independent of this pre-opening of the nozzle valve le comes to an end.
Dieses modifizierte Verfahren ersetzt also die reine (ileichraumverbrennung durch eine solche, bei der die Verbrennung bzw. Verpuffung zu einem wesentlichen Teil als Gleichdruckverbrennung bzw. -verpufiung auftritt. ICs werden also die durch GKiichraumverbreunung entstandenen Gase nach Kntstehen eines bestimmten Druckes unter einer mehr oder weniger konstanten Spannung entladen, die dadurch aufrechterhalten bleibt, dal.! das Gemisch in Kannnerteilen zur Verbrennung bzw. Verpuffung kommt, die weiter entfernt von den Düsenventilen sind. Während dieses Andauerns der Vorgänge tritt zunächst eine leichte Druckerhöhung ein, worauf eine Periode völligen Glcichdruckes folgt, während sich beim Eintritt der Kndvorgänge der Verbrennung die Spannung wieder zu senken beginnt. Zu diesem Zeitpunkt schneidetThis modified procedure thus replaces the pure (ileichraumburn) in which the combustion or deflagration to a large extent takes the form of constant pressure combustion or deflagration occurs. ICs are therefore those created by the expansion of the kitchen area Gases under a more or less constant tension after a certain pressure has been created discharged, which is maintained by dal.! the mixture in can parts for incineration or deflagration occurs that are further away from the nozzle valves. During this period During the processes there is initially a slight increase in pressure, after which a period is complete The same pressure follows, while the tension is restored when the combustion processes begin begins to lower. At this point it cuts
Co die Druck-Zeit-Kurve die Fxpansionslinie von Gasen, die durch eine reine Gleichraumverbrennung entstanden zu (lenken sind. Die Kurve .r in Fig. 7 veranschaulicht die Kxpansionslinie einer höchstgespannten Feuergasteilmengc, wenn das Düsenventil zu einem Zeitpunkt eröffnet wird, in welchem die Gleichraumverbrennung zur Erzeugung eines Druckes von 50 ata gegenüber 64 ata geführt hat, die bei Durchführung der Verbrennung bzw. Verpuffung als reine Gleichraumverbrennung erreichbar wären. Man erkennt, daß die Kurve χ annähernd horizontal in bezug auf einen sehr großen Teil des Feuergasvolumens verläuft, der während der ersten Teilexpansion entladen wird. Dabei ist festzustellen, daß sich die Kurve χ noch stärker dem allgemeinen Verlauf und der Charakteristik der strichpunktierten und gestrichelten Gegendnicklinien anschmiegt als die Urne A-B, so daß selbst in bezug auf die anfänglichen Ze>itelemente der ersten Teilexpansion Expansions- und Gegcndrucklinien fast völlig äquidistant, praktisch äquidistant, verlaufen. Genauere Untersuchungen haben dabei ergeben, daß trotz des Verlustes an Arbeitsfläche im Diagramm oberhalb der Linie A" die verfügbare Leistung beim kombinierten Glcichraum-Glciichdruck-Prozeß annähernd dieselbe ist wie beim Gleichraumprozeß. Andererseits aber können die Turbinenschaufeln infolge des gleichmäßigeren Gefälles beim kombinierten Prozeß für konstantere Bedingungen ausgelegt werden, so daß in Verbindung mit den höheren Radumfangsgeschwindigkeiten der Radwirkungsgrad wesentlich verbessert, z. B. auf Werte von 70 bis 76% gebracht werden kann. Ähnliche Ergebnisse, sind auch dadurch zu erhalten, daß man die Voreröffnung der Düsenventile mit einer Einführung von Zusatzbrennstoff, etwa mit einer Nacheinspritzung von flüssigem Brennstoff in die Kammer, verbindet. Dieses Verfahren ist in Fig. 7 durch den Linienzug y Veranschaulicht worden, bei dem das Düsenventil zu einem Zeitpunkt eröffnet wird, bei dem die reiine Gleichraumverbrennung zu einem Druck in der geschlossenen Kammer von 42 ata geführt hat. Durch die Nacheinspritzung von Brennstoff steigt der Druck momentan an, wobei auf den Druckanstieg eine Periode annähernd horizontalen Druckvcrlaufes folgt. Die Linie y schneidet die Expansionslinie A-B und trifft sie wie die Linie χ im Punkt B. Das zweite Verfahren vergrößert das Ausmaß an Verbrennung, die bei annähernd konstantem Druck auftritt. Während die Druckspitze noch weiter als beim ersten Verfahren herabgezogen werden kann, sind weitere Erhöhungen des mechanischen Wirkungsgrades möglich.The pressure-time curve shows the expansion line of gases that have arisen through pure constant-space combustion. The curve .r in FIG constant volume combustion for the generation of a pressure of 50 ata to 64 ata has resulted, which would be reached when carrying out the combustion or deflagration as a pure constant volume combustion. It is seen that the curve χ approximately horizontally with respect to a very large part of the combustion gas volume runs, which during It should be noted that the curve χ conforms even more closely to the general course and the characteristics of the dash-dotted and dashed counter-buckling lines than the urn AB, so that even with regard to the initial time elements of the first partial expansion, expansion and counterpressure lines almost completely equidistant, practical h equidistant, run. More detailed investigations have shown that, despite the loss of working area in the diagram above line A ", the available output in the combined constant-pressure process is approximately the same as in the constant-pressure process Conditions are designed so that in connection with the higher wheel circumferential speeds the wheel efficiency can be significantly improved, for example to values of 70 to 76% .Similar results can also be obtained by pre-opening the nozzle valves with an introduction of auxiliary fuel, such as with a post injection of liquid fuel into the chamber, connects. This method has been in Fig. 7 y by the continuous line illustrated in which the nozzle valve is opened at a time, wherein the reiine constant volume combustion at a pressure in the closed chamber vo n 42 ata has resulted. The pressure rises momentarily as a result of the post-injection of fuel, the pressure rise being followed by a period of approximately horizontal pressure curve. Line y intersects expansion line AB and, like line χ , meets it at point B. The second method increases the amount of combustion that occurs at approximately constant pressure. While the pressure peak can be pulled down even further than in the first method, further increases in mechanical efficiency are possible.
Was soeben an Hand des Ausführungsbeispiels der Fig. 4 für die Entlassung einer hochgespannten Feuergasteilmenge über das geöffnete Düsenventil 32, für die gleichzeitige Entlassung einer niedrigergespannten Feuergasmenge über das geöffnete Düsenventil 37 einer anderen Verpuffungskammcr und für die ebenfalls gleichzeitige Entlassung des Feuergasrestes aus einer weiteren Verpuffungskammer durch ein Auslaßventil ausgeführt worden war, gilt in zyklischer Vertauschung für die gesamten Feuergasteilmengen. So war beispielsweise während der Eröffnung des Düsenventils 31 der Verpuffungskammer 27 in bezug auf eine höhcr-What just on the basis of the embodiment of Fig. 4 for the release of a high tension Partial amount of fuel gas through the opened nozzle valve 32, for the simultaneous discharge of a lower tension Amount of fire gas through the open nozzle valve 37 of another Verpuffungskammcr and for the also simultaneous discharge of the Flue gas residue has been carried out from a further deflagration chamber through an exhaust valve was, applies cyclically to the entire partial quantities of fuel gas. That was the case, for example during the opening of the nozzle valve 31 of the deflagration chamber 27 with respect to a higher
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gespannte Feuergasteilmenge das Düsenventil 32 der Verpuffungskammer 28 geschlossen, aber das Düsenventil 38 der gleichen Kammer geöffnet, so daß in den Düsenvorraum 39,40 die Absenkung des Gegendruckes stattfand, die. dafür sorgte, daß die über das geöffnete Düsenventil 31 auf das Düsen- und Beschaufelungssystem I, 25 zur Wirkung gebrachte höhergespannte Feuergasteilmenge infolge äquidistanten Verlaufes von Expansions- und Gegendrucklinien in den genannten Düsenvorräumen gleiche Feuergasgefälle erführ. Diese zyklische Vertauschung gilt sinngemäß für die niedrigergespannte Feuergasteilmengen entlassenden Düsenventile und für die die .Restfeuergase entlassenden Auslaßventile.tensioned partial amount of fuel gas, the nozzle valve 32 of the deflagration chamber 28 is closed, but that The nozzle valve 38 of the same chamber is opened, so that the lowering in the nozzle antechamber 39, 40 of the back pressure took place, the. made sure that the nozzle valve 31 was opened to the Nozzle and blading system I, 25 brought into effect higher-tension partial amount of fire gas as a result of the equidistant course of expansion and counter-pressure lines in the aforementioned nozzle vestibules the same fire gas gradient. This cyclical exchange applies analogously to the lower stressed one Nozzle valves releasing partial amounts of fire gas and for releasing the residual fire gases Exhaust valves.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf die im Ausführungsbeispiel veranschaulichte zweistufige Turbinenanordnung beschränkt. Die Absenkung der Gegendrücke kann bereits bei einer einstufigenThe invention is in no way limited to the two-stage illustrated in the exemplary embodiment Turbine arrangement limited. The lowering of the counter pressures can already be done with a single-stage
ao Turbinenanordnung Anwendung finden, um in dieser gleiche Feuergasgefälle zu erzeugen. Das gilt entsprechend für Aggregate mit mehr als zwei Turbinenstufen, wobei jedoch zu beachten bleibt, daß der Vergrößerung der Turbinenstufenzahl eine Erhöhung der mittleren Beanspruchungstemperaturen entspricht, so daß es von der Werkstoffentwicklung abhängt, welche Turbinenstufenzahl praktisch verwirklicht werden kann. Auch die Einhaltung der übrigen für den. praktischen Verpuffungsbrenn-ao turbine arrangement are used to generate the same fire gas gradient in this. That is true correspondingly for units with more than two turbine stages, but it should be noted that The increase in the number of turbine stages results in an increase in the average stress temperatures corresponds, so that it depends on the material development which number of turbine stages is implemented in practice can be. Also compliance with the rest for the. practical deflagration combustion
kraftturbinenbau in Betracht kommenden Betriebsbedingungen setzt der beliebigen Erhöhung der Turbinenstufenzahl bestimmte Grenzen, als deren Bestmaß zur Zeit die zweistufige Ausbildung angesehen, werden kann, ohne daß der Erfindungsgedanke sich lin ihr erschöpft, weil insoweit andere, den Gültigkeitsbereich der neuen Regel für technisches Handeln nicht berührende Faktoren maßgebend sind.power turbine construction eligible operating conditions presupposes the arbitrary increase in Number of turbine stages certain limits, the two-stage training currently regarded as the best measure, without the idea of the invention being exhausted in it, because in this respect other, the Scope of validity of the new rule for technical action not affecting factors decisive are.
Wie bereits der Vergleich der gestrichelten Linie 22 der Fig. 2 mit der strichpunktiert gezeichneten Trennlinie der Fig. 3 ergeben hat, kann der Verlauf der Gefällebegrenzungslinie, die in Fig. 3 strichpunktiert wiedergegeben ist, nicht hinreichend durch den Verlauf der Druckkurve 22 charakterisiert werden. Denn außer dem Druck sind für den Feuergaszustand, der in bezug auf einen anderen Zustand ein bestimmtes Gefälle ergibt, auch Temperatur und Wärmeinhalt der Feuergase maßgebend. Es wäre also theoretisch möglich, die Ab-Senkung der Gefällebegrenzungslinien 35 und 36 in Fig. 6 zu bewirken, ohne den Druck der Feuergase, also den Gegendruck in bezug auf ein vorgeordnetes Düsen- und Beschaufelungssystem, zu ändern. Da dadurch das Wesen der Erfindung nicht verlassen würde, ist also der Ausdruck Gegendruck in diesem weiteren. Sinne der diesem Gegendruck korrespondierenden Linie im Q-F-Diagramm zu verstehen.As already the comparison of the dashed line 22 in FIG. 2 with the one drawn in dash-dotted lines 3, the course of the gradient boundary line shown in FIG. 3 is shown in dash-dotted lines, is not sufficiently characterized by the course of the pressure curve 22 will. Because besides the pressure are for the state of the fire gas, that in relation to another State results in a certain gradient, also determining the temperature and heat content of the fire gases. It would theoretically be possible to lower the slope boundary lines 35 and 36 in Fig. 6 to effect without the pressure of the fire gases, so the counter pressure with respect to an upstream Nozzle and blading system to change. Since this does not leave the essence of the invention would, then, is the expression counterpressure in this further. The sense of the counterpressure that corresponds to this Line in the Q-F diagram.
Das Diagramm zeigt zunächst eine Druckspitze, die im Punkt A auftritt und die dem Verpuffungshöchst- oder Explosionsdruck P1 entspricht. In diesem Diagrammpunkt öffnet sich das erste der beiden Düsenventile 31 oder 32, so daß die über dieses Düsenventil entlassene Feuergasteilmenge einer Dehnung unterworfen wird, die bis zum Punkt B andauert, da sich in diesem Zeitpunkt das erwähnte Düsenventil schließt. Die Zeitspanne von O)0SPS Sekunden, die zwischen den Punkten A und B verläuft, ist dabei so· bemessen, daß nur eine Teilmenge im Verhältnis zur Gesamtmenge entlassen wird, die sich nach Fig. 6 zu 48,5% der Gesamtmenge ergibt.The diagram initially shows a pressure peak which occurs at point A and which corresponds to the maximum deflagration or explosion pressure P 1. At this point in the diagram, the first of the two nozzle valves 31 or 32 opens, so that the partial amount of fuel gas released via this nozzle valve is subjected to an expansion which lasts up to point B , since the nozzle valve mentioned closes at this point in time. The time span of 0) 0 SPS seconds, which runs between points A and B , is dimensioned in such a way that only a partial amount is released in relation to the total amount, which according to FIG. 6 results in 48.5% of the total amount.
Im Punkt B der Fig. 5 öffnet sich das zweite Düsenventil 37 oder 38 der Verpuffungskammer und entläßt in einem Arbeitsspielabschnitt, der sich bis zum Punkt C erstreckt, eine weitere Feuergasteilmenge, deren prozentueller Anteil an der insgesamt in der gleichen Kammer je Verpuffung erzeugten Feuergasgesamtmenge durch das Maß 25 % in Fig. 6 zu erkennen ist. Im Punkt C, in dem sich das zweite Düsenventil schließt, erreicht die Expansionslinie A-B-C die Linie des Ladeluftdruckes P0, unter dem die Restfeuergas menge in der Verpuffungskammer steht. Das Ausmaß dieser Restfeuergasmenge ist an Fig. 6 mit 26,5% im Verhältnis zur Gesamtmenge zu erkennen. Im Zeitpunkt C eröffnen sich gleichzeitig Ladelufteinlaß- und ein Auslaßorgan, für die Restfeuergase. Beide Ventile schließen sich nach Ablauf einer der zeitlichen Länge eines Arbeitsspielabschnittes entsprechenden Zeitdauer im Punkt E. Bei noch geöffneten Organen hatte aber der Stempel der zugeordneten Brennstoffpumpe dm Zeitpunkt D seinen Förderhub begonnen, so daß eine Einspritzung von Brennstoff in die noch in Bewegung befindliche Ladeluft unter Bildung eines zündfähigen Gemisches eintrat. Die Brennstoffeinspritzung ist vor E beendet, so daß bei Schluß der Ladelufteinlaß- und Restfeuergasauslaßorgane im Zeitpunkt E die Kammer von einem völlig homogenen, hochzündfähigen Gemisch erfüllt ist. Wenn daher im too Zeitpunkt 15 eine Zündung dieses Gemisches erfolgt, so sind die Verhältnisse so· gewählt, daß im Zeitpunkt A der volle Verpuffungshöchstdruck gerade dann erreicht wird, wenn zwischen, Zeitpunkt E und diesem zweiten Zeitpunkt A eine Zeitspanne vom Ausmaß der Dauer eines Arbeitsspielabschnittes abgelaufen ist. In diesem zweiten Punkt A ist also ein volles Arbeitsspiel mit schließend, d. h. pausen- und Überdeckungslos aneinandergereihten Arbeitsspielabschnitten A-B, B-C, C-E und E-A abgewickelt, womit die Verwirklichung des Erfindungsgedankens diagrammatisch dargestellt ist.At point B of FIG. 5, the second nozzle valve 37 or 38 of the deflagration chamber opens and, in a work cycle section that extends to point C , discharges a further partial amount of fuel gas, the percentage of which is the total amount of fuel gas generated per deflagration in the same chamber the level of 25% in FIG. 6 can be seen. At point C, at which the second nozzle valve closes, the expansion line ABC reaches the line of the charge air pressure P 0 , below which the remaining amount of fire gas in the deflagration chamber is. The extent of this residual amount of fuel gas can be seen in FIG. 6 with 26.5% in relation to the total amount. At the point in time C , the charge air inlet and outlet elements open simultaneously for the residual fire gases. Both valves close after a period of time corresponding to the length of a work cycle section at point E. When the organs were still open, the piston of the associated fuel pump had started its delivery stroke at time D , so that fuel was not injected into the charge air that was still moving Formation of an ignitable mixture occurred. The fuel injection is ended before E , so that when the charge air inlet and residual fire gas outlet organs close at time E, the chamber is filled with a completely homogeneous, highly ignitable mixture. If, therefore, an ignition of this mixture takes place at time 15 too, the conditions are chosen so that the full maximum deflagration pressure is reached at time A when a period of time equal to the duration of a work cycle segment between time E and this second time A has expired. In this second point A , a full working cycle with closing, ie without pause or overlap, consecutive working cycle sections AB, BC, CE and EA is carried out, with which the implementation of the inventive concept is shown diagrammatically.
Das Arbeitsverfahren in den, übrigen drei Verpuff ungskammern wickelt sich genau in derselben Art und Weise ab, wie· es in Fig. 5 für die betrachtete Kammer dargestellt wurde. Jedoch sind, zeitpunktartig gesehen, diese Arbeitsspiele um die Dauer je eines Arbeitsspielabschnittes gegenüber dem Arbeitsspiel der betrachteten Kammer versetzt. Im Diagramm gesehen bedeutet das also, daß, wenn in der betrachteten Kammer gerade der höchste Verpuff'ungsdruck P1 auftritt, eine zweite Kammer das gleiche Arbeitsspiel bereits um ein Zeitmaß ι · 0,059s Sekunden früher begonnen hatte, d. h., das Arbeitsspiel dieser zweiten Kammer eiltThe working process in the other three deflagration chambers takes place in exactly the same way as was shown in FIG. 5 for the chamber under consideration. However, viewed in terms of time, these work cycles are offset by the duration of one work cycle segment compared to the work cycle of the chamber under consideration. Seen in the diagram, this means that when the highest deflagration pressure P 1 occurs in the chamber under consideration, a second chamber had already started the same working cycle a time period ι · 0.059s seconds earlier, that is, the working cycle of this second chamber hurries
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dem der betrachteten Kammer um die Zeit 0,0595 Sekunden voraus. Im Zeitpunkt O hatte also diese zweite Kammer bereits einen Zustand erreicht, der dein l'unkt B des Diagrammzuges der Fig. 5 sogar um die Zeitspanne 2 · 0,0595 vorauseilt, (1. h., diese Kammer hatte im Zeitpunkt 0 bereits den l'unkt C des Diagramms der Fig. 5 verwirklicht. Fine vierte Kammer endlich eilt dem I Magnimm der I1-Ig. 1 um das Zeitmaß 3 · 0,0595 Sekunden voraus, d. li., im Zeitpunkt O ist l>ereits der Diagrammzeitpunkt /; erreicht worden.that of the chamber under consideration by 0.0595 seconds. At the time O so this second chamber had already reached a state of your l'oint B of the diagram train of FIG. 5 even advanced by the time 2 · 0.0595, (1 hr., This chamber had to at the time 0 l'oint C of the diagram of Fig. 5 realized. Fine fourth chamber finally informs the I Magnimm the I 1- Ig. 1 to the time scale 3 · 0.0595 seconds ahead, d. li., at time O is l> ven the diagram time /; has been reached.
Die Fig. X und 9 zeigen einen vierkammerigen Oltreibgaserzeuger, der zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ausgebildet ist. Seine Steuerwelle soll 252 vollständige Umläufe je Minute ausführen. Fs werden also 252 Arbeitsspiele je Minute durchgeführt. Damit dauert ein Arbeitsspiel 0,23s Sekunden, und jeder seiner vier Arbeitsspielabschnitte nimmt eine Zeitspanne von 0,0595 Sekunden .in Anspruch.FIGS. X and 9 show a four-chamber oil propellant gas generator which is used to carry out this Method is suitably designed. Its control shaft should make 252 complete revolutions per minute. So 252 work cycles are carried out per minute. This means that one work cycle lasts 0.23s seconds, and each of its four work cycle sections takes 0.0595 seconds.
In Fig. 9 erkennt man zunächst die vier VerpuHungskanimern 62, 63, 64 und 65, die den gemeinsamen Düsen- und Beschaufelungen zugeordnet sind. Nimmt man an, in Fig. 8 sei die Veras pui'iungskammerr>5 im Längsschnitt gezeigt, so daß die Kammer 64 in Ansicht zu sehen ist, so weist jede Kammer zunächst das Ladelufteinlaßventil 66 auf, in das das Brennstoffeinspritzventil 67 mit der Zuführungsleitung 68 eingebaut ist, während die Ladeluftzufiihruiig selbst bei 69 erfolgt. Die Steuerung des Ladeluflventils ist bei 70 angedeutet. Die Breniisloffleituiigen 68 führen zu einer nicht gezeichneten vierstempeligen Brennstoffpumpe üblicher Ausbildung. Die Verpuffungskammer selbst besitzt ein venturidüsenartiges Einlaßende bei 71, wobei der Diffusor 72 mit sehr schlanker Neigung ausgeführt ist, so daß sich die eintretende Ladeluft kolbenartig ausbreitet und ohne Bildung nennenswerter Wirbel die Restfeuergase auszuschieben vermag. Zur Entlassung dieser Restfeuergase vom Zustand C der Fig. 5 ist das Auslaßventil 73 vorgesehen. Außer dem Auslaßventil 73 ist ein Düsenventil 74 angeordnet, das zur Entlassung der Feuergase vom Zustand A der I1-Ig. 5 bestimmt ist. Fig. 9 zeigt auf der rechten Seite die Düsenventile 74, die den Verpuffungskammern 64 und 65 zugeordnet sind. Die als nahezu entlastete Kolbenventile ausgebildeten Ventile 74 gehen anschließend an den Ventilsitz "^ in den Düsenvorraum 76 über, an den sich die Düsen 77 anschließen. Die Düsen 77 sind der Beschaufelung 78 des Rades 79 der ersten Turbinenstufe vorgeordnet, so daß also die Düsen- und Heschaufelungsanordnung yy, 78, 79 der ersten Turbinenstufe Feuergasteilniengen vom Anfangszustand .·/ der Fig. 5 verarbeitet.In FIG. 9 one can initially see the four spray canisters 62, 63, 64 and 65, which are assigned to the common nozzle and blading. If one assumes that the Veras pui'iungskammerr> 5 is shown in longitudinal section in FIG. 8, so that the chamber 64 can be seen in view, then each chamber initially has the charge air inlet valve 66, into which the fuel injector 67 with the supply line 68 is built in, while the charge air supply takes place even at 69. The control of the charge air valve is indicated at 70. The Breniisloffleituiigen 68 lead to a four-piston fuel pump, not shown, of conventional design. The deflagration chamber itself has a venturi-like inlet end at 71, the diffuser 72 being designed with a very slender incline so that the incoming charge air spreads like a piston and is able to expel the residual fire gases without the formation of significant eddies. The outlet valve 73 is provided for releasing these residual fire gases from state C in FIG. 5. In addition to the outlet valve 73, a nozzle valve 74 is arranged, which is used to discharge the fire gases from state A of the I 1- Ig. 5 is determined. 9 shows the nozzle valves 74, which are assigned to the deflagration chambers 64 and 65, on the right-hand side. The valves 74, which are designed as almost relieved piston valves, then go over to the valve seat "^ in the nozzle antechamber 76, to which the nozzles 77 adjoin. The nozzles 77 are arranged upstream of the blading 78 of the wheel 79 of the first turbine stage, so that the nozzle and blading arrangement yy, 78, 79 of the first turbine stage, fuel gas components from the initial state. / of FIG. 5 processed.
Außer dem Düsenventil 74 weist jede Verpuffungskammer ein zweites Düsenventil80 auf, dessen Ausbildung grundsätzlich mit der des Düsenventils 74. übereinstimmt. Den Düsenventilen 80 können besondere Düsen zugeordnet sein, wie dies Fig. 9 für die Düsenventile 74 veranschaulicht. Das Ausfülirungsbeispiel zeigt eine abweichende Ausführung, indem sich an die Ventilsitze der Düsenventile 80 Leitungsteile 81 anschließen, die zu einer Auffüllkammer 82 führen, die zwischen den beiden Turbinenstufen der Anlage nach dem Ausführungsbeispiel angeordnet ist. Diese Auffüllkammer erhält nicht nur Feuergase über die Düsenventile 80 und die Leitungsteile 81, sondern sie besitzt außerdem eine Auffangdüsenanordnung 83 für die Feuergasteilmenge, die in der ersten Turbinenstufe 77, 78, 79 bereits Arbeit geleistet hatte. Die Auffüllkammer 82 besitzt an ihrem zur Auffangdüsenanordnung 83 entgegengesetzt liegenden Ende eine Auslaßdüsenanordnung 84, die der Beschaufelung 85 des Rades 86 der zweiten Turbinenstufe als beaufschlagende Düse vorgeordnet ist. An die Beschaufelung 85 schließt sich eine zweite Auffangdüsenanordnung 87 an, die über einen Leitungsteil 88 mit dem Mündungsquerschnitt der Trcibgasentnahmeleitung 89 in offener Verbindung steht. In der Zeichnung nicht erkennbare Leitungsteile münden an der gleichen Stelle aus und führen der Treibgasentnahmeleitung 89 die Restfeuergase zu, die über das Auslaßventil 73 zur Entlassung kornmen. Ihre mechanische Leistung übertragen diie Turbinenstufen yj, 78, 79 und 84, 85, 86 über die Wellego des Turbinenläufers 79,80 auf eine arbcitsaufnehmende Maschine 91, die als Verdichter für Ladeluft, gegebenenfalls auch für Brenngase, ausgebildet sein kann.In addition to the nozzle valve 74, each deflagration chamber has a second nozzle valve 80, the design of which basically corresponds to that of the nozzle valve 74. The nozzle valves 80 can be assigned special nozzles, as FIG. 9 illustrates for the nozzle valves 74. The exemplary embodiment shows a different design in that the valve seats of the nozzle valves 80 are followed by line parts 81 which lead to a filling chamber 82 which is arranged between the two turbine stages of the system according to the exemplary embodiment. This filling chamber not only receives fire gases via the nozzle valves 80 and the line parts 81, but also has a collecting nozzle arrangement 83 for the partial amount of fire gas that had already performed work in the first turbine stage 77, 78, 79. At its end opposite to the collecting nozzle arrangement 83, the filling chamber 82 has an outlet nozzle arrangement 84 which is arranged upstream of the blading 85 of the wheel 86 of the second turbine stage as an impinging nozzle. The blading 85 is followed by a second collecting nozzle arrangement 87, which is in open connection via a line part 88 with the mouth cross-section of the exhaust gas extraction line 89. Line parts not recognizable in the drawing open out at the same point and lead the propellant gas extraction line 89 to the residual fire gases which come through the outlet valve 73 for discharge. The turbine stages yj, 78, 79 and 84, 85, 86 transmit their mechanical power via the shaft of the turbine rotor 79, 80 to a work-taking machine 91, which can be designed as a compressor for charge air, possibly also for fuel gases.
Das O-F-Diagramm der Anlage nach den Fig. 8 und 9 unterscheidet sich nicht von dem Q-F-Diagramm nach Fig. 6.The O-F diagram of the system according to FIG. 8 and FIG. 9 does not differ from the Q-F diagram of FIG. 6.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 10 und 11 sind die in den Fig. 4 bis 9 im einzelnen veranschaulichten, vorteilhaften Anwendungsmöglichkeiten des Grundgedankens der Erfindung im wesentlichen beibehalten worden. Gleichbezciclinete Teile entsprechen dabei denen der Fig. 8 und 9. Es besteht jedoch der Unterschied, daß dem Auslaßventil 73 des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 8 und 9 eine besondere Düsen- und Beschaufelungsanordnung 96, 97 nachgeordnet worden ist, wobei durch Anordnung eines dritten Hades 98 eine dritte Turbinenstufe entsteht. Die Turbinenstufen 84, 85, 86 und 96, 97, 98 haben dabei einen gemeinsamen Ausströmgehäuseanteil 99, so daß die an Hand der Fig. 6 dargelegten Vorteile der durch die Linienzüge 36 usw. gekennzeichneten Gegen- no druckverläufe in bezug auf die zugehörigen Teilexpansionen 35 und B-C erhalten bleiben. Das ist auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 11 der Fall, da hier an die Stelle des gemeinsamen Ausströmgehäuseteiles 99 eine Auffüllkammer 100 tritt, die durch Einmündung des sich an das Auslaßventil 73 anschließenden Leitungsteiles in sie dem Gegendruckverlauf unterworfen bleibt, der durch die obere Begrenzungslinie 36 der Fläche III in Fig. 6 veranschaulicht ist. Dadurch bleibt die zweite Türbinenstufe 84, 85, 86 einem Gegendruckverlauf unterworfen, der sich von dem des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 8 und 9 nicht wesentlich unterscheidet, so daß die aus Fig. 6 abgeleiteten Fortschritte auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 erhalten bleiben.In the exemplary embodiments according to FIGS. 10 and 11, the advantageous possible applications of the basic concept of the invention illustrated in detail in FIGS. 4 to 9 have essentially been retained. 8 and 9. The difference, however, is that the outlet valve 73 of the embodiment according to FIGS. 8 and 9 is followed by a special nozzle and blading arrangement 96, 97, whereby a third hatch is provided 98 a third turbine stage is created. The turbine stages 84, 85, 86 and 96, 97, 98 have a common outflow housing part 99, so that the advantages of the counterpressure curves identified by the lines 36, etc. with reference to FIG and BC are preserved. This is also the case in the exemplary embodiment in FIG. 11, since here the common outflow housing part 99 is replaced by a filling chamber 100 which, due to the confluence of the line part adjoining the outlet valve 73, remains subject to the counterpressure curve defined by the upper boundary line 36 the area III in Fig. 6 is illustrated. As a result, the second door hinge step 84, 85, 86 is subjected to a counterpressure curve which does not differ significantly from that of the exemplary embodiment according to FIGS. 8 and 9, so that the advances derived from FIG. 6 are also retained in the exemplary embodiment according to FIG .
578/213578/213
Sch 112041 al46 fSch 112041 al46 f
Auch die Läufer der Turbinen nach den Fig. 8, io und Ii können entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 einkränzig ausgebildet sein, begünstigt
durch den Umstand, daß die Feuergase aus den Verpuffungskammern in einer Vielzahl
aufeinanderfolgender Teilmengen abströmen, so daß die Nutzbarmachung derselben lediglich einem
kleinen Abfall der Gesamtenthalpie entspricht.
Die schraffierten Flächen der Fig. 6 und 7 geben, wie bereits erwähnt, ein Maß für die disponible
Arbeit, die die einzelnen Feuergasteilmengen in den Stufen der Anlage abzugeben vermögen. Erkennbar
ist zunächst die Fläche I0 als Maß für die Leistung, welche die über die Düsenventile 74 (Fig. 8
und 9) entlassene Feuergasteilmenge vom Anfangszustand A in der ersten Düsen- und Beschaufelungsanordnung TJ, 78, 79 der Anlage zu entwickeln
vermag. Dieselbe Feuergasteilmenge kann in der Düsen- und Beschaufelungsanordnung 84, 85, 86
eine disponible Arbeit abgeben, deren Äquivalent durch die Fläche Ib dargestellt ist. Andererseits
entspricht die Fläche II dem disponiblen Arbeitsvermögen der über Düsenventile 80 zur Wirkung
gebrachten Feuergasteilmenge vom Anfangszustand B wiederum in der Düsen- und Beschaufelungsanordnung
84, 85, 86.The runners of the turbines according to FIGS. 8, io and II can also be designed with a single ring in accordance with the exemplary embodiment according to FIG corresponds to a small drop in total enthalpy.
The hatched areas in FIGS. 6 and 7 give, as already mentioned, a measure of the available work that the individual partial quantities of fuel gas are able to deliver in the stages of the system. First of all, the area I 0 can be recognized as a measure of the power that the partial amount of fuel gas released via the nozzle valves 74 (FIGS. 8 and 9) from the initial state A can develop in the first nozzle and blading arrangement TJ, 78, 79 of the system. The same partial amount of fuel gas can deliver disposable work in the nozzle and blading arrangement 84, 85, 86, the equivalent of which is represented by the area I b . On the other hand, the area II corresponds to the available working capacity of the partial amount of fuel gas brought into effect via nozzle valves 80 from the initial state B, again in the nozzle and blading arrangement 84, 85, 86.
Während den Flächen I0, I0 und II entsprechende Arbeitsleistungen in den beiden Stufen 7y, 78, 79 und 84, 85, 86 der eigentlichen Verpuffungsturbine zu entwickeln sind, stellt die Fläche III das disponible Arbeitsvermögen der Feuergase dar, die als Treibgase in die Treibgasentnahmeleitung 89 eintreten. Sie gelangen über diese Leitung zur eigentlichen Verbraucherstufe, die in beliebiger Weise ausgebildet sein kann, etwa als vielstufige Parsonsturbine, um auf diese Weise einen elektrischen Generator, eine Pumpe oder sonstige Arbeitsmaschinen anzutreiben. Die Treibgase können auch rein thermisch, rein chemisch, rein pneumatisch oder in beliebigen Verbindungen dieser Möglichkeiten ausgenutzt und verbraucht werden.While areas I 0 , I 0 and II are to be developed in the two stages 7y, 78, 79 and 84, 85, 86 of the actual deflagration turbine, area III represents the available working capacity of the fire gases, which are used as propellants in the Propellant gas extraction line 89 enter. You reach the actual consumer stage via this line, which can be designed in any way, for example as a multi-stage Parson turbine, in order to drive an electrical generator, a pump or other work machines in this way. The propellant gases can also be used and consumed purely thermally, purely chemically, purely pneumatically or in any combination of these possibilities.
An dem Verhältnis der Fläche III zur Summe der Flächen la, I6 und II ist bereits erkennbar, daß die Anlage mit überraschend hohem wirtschaftlichem Wirkungsgrad arbeitet, wenn man die Feststellung berücksichtigt, daß die gemäß der erwähnten Flächensumme zur Verfugung stehende Leistung der Verpuffungsturbine ausreicht, alle Hilfsmaschinen, insbesondere den Ladeluftverdichter, anzutreiben, ohne darauf angewiesen zu sein, die Abwärme der Anlage nutzbringend verwerten zu müssen, um auf diese Weise den erforderlichen Verdichtungsaufwand wenigstens zum Teil bestreiten zu können. Das ergibt die erfindungsgemäß erkannte Möglichkeit, den Zustand der Feuergase außerhalb der Verpuffungskammern und der Düsen- und Beschaufelungsanordnungen völlig unverändert zu lassen. Ebenso werden die Kühlmittel der Anlage, die zur Kühlung der Kammern, Düsen, Beschaufelungen, Räder, Welle und Ventile Anwendung finden, nach Aufnahme der Kühlwärme abgeführt, ohne daß die Kühlwärme entzogen wird. Da in den meisten Fällen jedoch besondere Kühlmittel mit hochliegendem Siedepunkt verwandt werden, wäre es unwirtschaftlich, diese Kühlmittel aus der Anlage zu entfernen; in diesem Falle wird die Rückkühlanlage beibehalten, aber das Rückkühlmittel nach Aufnahme der Rückkühlwärme entlassen, wobei dieses Rückkühlmittel durchweg aus Wasser oder Luft besteht. Ebenso wird darauf verzichtet, die fühlbare Wärme der Ausströmgase der letzten Beschaufelung auszunutzen. Die Ausströmgase werden vielmehr mit der fühlbaren Wärme aus der Anlage entlassen, ohne daß die Wärme für die Zwecke der Verpuffungsturbinenstufe der Anlage bzw. des Hilfsmaschinenantriebes ausgenutzt würde. Dem entspricht es, daß die Feuergasüberführungsleitungen innerhalb und nach der Verpuffungsturbinenstufe mit vollem lichtem Querschnitt ausgeführt sind. Sie sind zur Einhaltung gleicher Gasgeschwindigkeiten trotz Einbaues von Wärmetauschern weder zu vergrößern, noch wird ihr lichter Querschnitt durch Einbau von Wärmetauschern verringert. Die zwischen den · einzelnen Druckstufen der Verpuffungsturbine liegenden Feuergasüberführungsleitungen sind sämtlich innerhalb des Turbinengehäuses 41 angeordnet, an das sich lediglich die Treibgasentnahmeleitung 48 (Fig. 4) bzw. 89 (Fig. 8 und 11) anschließt, um die erzeugten Treibgase einem Verbraucher zuführen zu können.The ratio of area III to the sum of areas l a , I 6 and II shows that the system operates with a surprisingly high level of economic efficiency if one takes into account the fact that the power of the deflagration turbine available according to the sum of the areas mentioned is sufficient to drive all auxiliary machines, in particular the charge air compressor, without having to rely on having to utilize the waste heat from the system in order to be able to at least partially cover the required compression effort in this way. This results in the possibility, recognized according to the invention, of leaving the state of the fire gases outside the deflagration chambers and the nozzle and blading arrangements completely unchanged. Likewise, the coolants of the system, which are used to cool the chambers, nozzles, blading, wheels, shafts and valves, are removed after the cooling heat has been absorbed without the cooling heat being withdrawn. However, since in most cases special coolants with a high boiling point are used, it would be uneconomical to remove these coolants from the system; In this case, the recooling system is retained, but the recooling medium is released after the recooling heat has been absorbed, this recooling medium consistently consisting of water or air. Likewise, no use is made of the sensible heat of the outflow gases from the last blading. Rather, the outflow gases are released from the system with the sensible heat, without the heat being used for the purposes of the deflagration turbine stage of the system or the auxiliary machine drive. This corresponds to the fact that the flue gas transfer lines within and after the deflagration turbine stage are designed with a full clear cross section. In order to maintain the same gas velocities, despite the installation of heat exchangers, they neither need to be enlarged, nor is their clear cross-section reduced by installing heat exchangers. The fire gas transfer lines lying between the individual pressure stages of the deflagration turbine are all arranged within the turbine housing 41, to which only the propellant gas extraction line 48 (FIG. 4) or 89 (FIGS. 8 and 11) connects in order to supply the generated propellant gases to a consumer be able.
Obwohl die Unterteilung der in den Verpuff ungskammern erzeugten, hochgespannten und hocherhitzten Feuergase (Frischgase), in Teilgasmengen ein besonders bemerkenswertes Merkmal vorliegender Erfindung darstellt, ist ohne weiteres einzusehen, daß die Möglichkeit, die Dauer der einzelnen Arbeitsspielabschnitte, die Anzahl der Verpuffungskammern bzw. der parallel arbeitenden Verpuffungskammern je einer Gruppe und die Versetzung der Arbeitsspielabschnitte in den einzelnen Kammern gegeneinander dahin zu bestimmen, daß die Düsen- und Beschaufelungsanordnungen einen kontinuierlichen Frischgasstrom mit dem Ergebnis aufnehmen, daß auf die Turbinenwelle ständig ein gleichbleibendes Drehmoment ausgeübt wird, auch ohne diese Unterteilung der insgesamt erzeugten Feuergasmenge erreicht werden kann. Denn dieser Zustand ist unabhängig von der Art und Weise, in der die Frischgase während jedes Arbeitsspieles entladen werden, da es nur darauf ankommt, daß die Entladung der Frischgase aus einer bestimmten Kammer sich unmittelbar an das Ende der Frischgasentladung aus einer anderen Kammer anschließt. Es ist auch nicht von wesentlicher Bedeutung, daß die Ausspülung einer Verpuffungskammer von Restverbrennungsgasen zeitlich mit der Ladung der gleichen Kammer mit Luft und Brennstoff zusammenfällt. Es ist ohne weiteres möglich, diese Spülung während eines besonderen, nur hierfür bestimmten Arbeitsspielabschnittes durchzuführen oder die Spülung in einem Arbeitsspielabschnitt durchzuführen, der der Ladung einer Kammer unmittelbar voraufgeht.Although the subdivision of those produced in the deflagration chambers, highly stressed and highly heated Fire gases (fresh gases), a particularly noteworthy feature present in partial amounts of gas Invention represents, is readily understood that the possibility of the duration of each Work cycle sections, the number of deflagration chambers or those working in parallel Deflagration chambers in each group and the relocation of the work cycle sections in the individual To determine chambers against each other so that the nozzle and blading arrangements one record a continuous stream of fresh gas with the result that the turbine shaft is constantly on constant torque is exerted, even without this subdivision of the total generated Fire gas amount can be achieved. Because this state is independent of the way in which the fresh gases are discharged during each work cycle, since it only matters that the discharge of fresh gases from a certain chamber is immediately at the end of the Fresh gas discharge from another chamber follows. Nor is it essential that the purging of a deflagration chamber of residual combustion gases coincides with the charge the same chamber coincides with air and fuel. It is easily possible to do this Carry out flushing during a special work cycle section that is only intended for this purpose or to carry out the flushing in a work cycle section that is directly related to the loading of a chamber goes ahead.
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich weiter, daß die Gase, welche in Fig. 4 die erste Düsen- und Beschaufelungsanordnung 30, 25a, 25 verlassenFrom the above it can also be seen that the gases which in FIG. 4 leave the first nozzle and blading arrangement 30, 25 a , 25
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Claims (20)
[6. Device according to one or more of claims 13 to 15, characterized in that the number of deflagration chambers is equal to an integral multiple of the number of working cycle sections of the working cycle of a deflagration chamber, each deflagration chamber having at least η + ι controlled fire gas outlets.
Family
ID=
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