DESC011305MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 18. Dezember 1952 Bekanntgemacht am 8. November 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Sch 11305 IaI46 f

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen herstellender Treibgaserzeuger mit Abarbeitung von Feuergasgefälle in Düsen- und Beschaufelungsanordnungen.

/Entsprechend den bei derartigen Verpuffungsbreiinkraftturbinenanlagen im Laufe der Entwicklung gesteigerten Drücken und Temperaturen, und der dadurch bewirkten Erhöhung der Gefälle, die in den Beschaufelungen zur Abarbeitung kommen, hat man bereits das Gesamtgefälle unterteilt und zur Verarbeitung desselben mehrere Stufen vorgesehen. Das dabei in den einzelnen, Verpuffungskammern je Verpuffung erzeugte Feuergasgesamtvolumen wurde zunächst nicht unterteilt, sondern man sah ursprünglich mehrere Turbiiienstufen vor, die dasselbe Feuergas hintereinander in dem Druck nach unterteilten Stufen verarbeiteten.

Im Laufe der Entwicklung ging man dazu über, auch das je Verpuffung erzeugte Feuergas der Menge nach zu unterteilen. Dabei entwickelte sich alls besonders aussichtsreich erscheinende Ausführ rungsfOTm das Verfahren, zunächst höhergespannte Feuergase über ein gesteuertes Entktssuingisorgan aus der Verpuffungskammer abzuziehen; das von diesem Entlassungsiorgan ■ abgeschlossene bzw. eröffnete Leitungsstück (Düsenvorraum) für Feuiergasie ging hierbei in. eine der Beschaufeltingsanord-

609i 70S/220

Sch 113051al46 f

nung der ersten Turbinenstufe vorgeordnete Düsenanordnung¹ über, so daß dieses Entlassungjsorgan auch als Düsenventil bezeichnet wurde. Jede Verpuffungskamrner besaß ein zweites, gesteuertes Entlassungsorgan, über das Feuergase entlassen wurden, die bei Schluß des Düsenventils in der Verpuffungskammer gerade die Ladeluftspannung besaßen. Die bei Eröffnung 'dieses zweiten Entlassungso'rgans, das als Auslaßventil bezeichnet

ίο wurde, gleichzeitig zugelassene Ladeluft verdrängte die Restfeuergase über das Auslaßventil aus der Verpuffungskammer und füllte gleichzeitig letztere auf. Um auch das Arbeitsvermögen dieser noch beträchtlichen Druck, Temperatur und Wärmeinhalt aufweisenden Restfeuergase zu verwerten, wurden sie einer besonderen Düsenanordnung zugeführt, die man von der ersten Düsenanordnung nicht nur räumlich trennte, sondern einer zweiten Turbinenstufe vorordnete, die auch die aus der ersten Turbinenstuf e entlassenden Feuergase über eine dritte Düsenanordnung verarbeitete, nachdem diese ursprünglich höhergespannt gewesenen Feuergase in einem zwischen dien TuTbinenstufen vorgesehenen Druekausgleichsbehälter in bezug auf ihre Spanas nungsschwankungen möglichst ausgeglichen worden waren. ' " -

Genauere thermodynamisch« Untersuchungen und Versuche zeigten jedoch, daß diese Art der Feuergasabarbeitung nicht zu den erstrebten Radwirkungsgraden zu führen vermochte, weil immer noch starke Unterschiede in den zu verarbeitenden Gefällen auftraten. Ein Blick auf das in Fig. 1. wiedergegebene Q-V-Diagramm einer derartigen, bekannten Turbinenausbildung bestätigt das. Ein derartiges Q-V-Diagramm zeigt als Ordinaten den Wärmeinhalt der ausgeströmten Feuergasteiknengen, wobei die gezeichnete Doppellinie lediglich- für den Zustand«, also für den höchsten Verpuffungsdruck p_v gilt und für ihn das adiabatische Gefälle in kcal/nm³ angibt. Die Doppellinie entspricht dabei den, während der Expansion auftretenden Zustandsänderungen. An und für sich gelten in den Q-S- und Q-V-Diagrammen als Adiabaten auftretende Doppellinien nur für die ideale Maschine, in der während der Expansion keine Entropieänderungen,^ d. h. keine Wärmeübergänge an die feuergasberührten Wandungen und keine Wärmeentwicklungen durch Reibung am Laufrad und an den Schaufeln, auftreten. Bei der praktisch ausgeführten Maschine ist aber beides der Fall. Sorgfältige Untersuchungen über den Wärmeübergang an den; feuergasberührten Wandungsflächen und Berechnunigen der Ventilationsverluste an den Laufrädern und an den Schaufeln haben indes ergeben, daß im wesentlichen Gleichheit zwischen den abgegebenen und entwickelten Wärmemengen bei den Arbeitsprozessen be-

' steht, die praktisch in Betracht kommen. Es ist daher in erster Annäherung berechtigt, auch für die praktisch ausgeführte Maschine von adiabatisehen; Zus.tandsänderungen, d. h. von .Vertikallinien in den Q-Ss Q-V-Diagrammen .auszugehen.
. Als Abszissen, sind aufgetragen die ausgeströmten Feuergasvolumina in Prozent der. je VerpuffungSr kamnier erzeugten Feüergäsgesamtmenge, die 'somit mit 1000/0 zu bezeichnen ist. Das Q-V-Diagramm entspricht also im wesentlichen einem Q-S-(Entropie)-Diagramm, etwa nach Pflaum, wobei als Abszissen die ausgeströmten Feuergasvolumina erscheinen. Bezeichnet man die von der höhergespannten Feuergasteilmenge beaufschlagte Düsenanoirdnung der ersten Turbinenstufe mit I, die :von den dort teilweise abgearbeiteten Feuergasen nach dem Druckausgleich beaufschlagte Düsenanordnung mit H₀, so erkennt man in der Fläche 1-J-II₂ die Arbeitsfläche, die der zunächst höhergespannt gewesenen Feuergasteilmenge zugeordnet ist, während die in einer Düsenanordnung II j verarbeiteten Restfeuergase die Arbeitsfläche H^ besitzen. Das maßstäblich gehaltene Diagramm läßt sofort erkennen, welche starke Gefälleunterschiede in der Düsenanordnung IIj auftreten; weiter zeigt das Diagramm, daß das in der zweiten Turbinenstufe tatsächlich! ausgenutzte Arbeitsvermögen (Fläche II4) dieser Restfeuergase im Verhältnis zur der Arbeitsfläche (I-j-IItf) der ursprünglich höhergespannt gewesenen Feuergase verhältnismäßig geringfügig ausfällt, so daß der bauliche Aufwand einer besonderen Düsenanordnung I Ii für diese Restfeuergase in keinem befriedigenden Verhältnis zum erzielten Nutzen steht. Dazu kommt, daß man die Düsenanordnung I Ij nur in der oberen Gehäusehälfte der Turbine anordnen kann, weil entsprechend der durchweg Üblichjen Unterfluraniordnung der Verpuff ungskammern die Düsen I und II_a in der unteren Gehäusehälfte liegen. Feuergaszuführungen zur oberen Gehäusehälfte. machen aber stets bauliche Schwierigkeiten und stören den klaren Gesamtaufbau der Turbine.

Damit ist eine Aufgabe in thenmo.dynamischeir und konstruktiver Beziehung gekennzeichnet worden, deren Lösung vorliegende Erfindung erstrebt und erreicht hat.

Die Lösung der gestellten Aufgabe kennzeichnet sich, ausgehend von Verfahren zum Betriebe Feuergase durch Verpuffungen . herstellender Treibgaserzeuger, bei dem in eine Verpuffungskammer Ladeluft eingeführt wird, während der Feuergasrest in derselben Zeitspanne aus ihr entlassen wird, erfindungsgemäß dadurch, daß der Feuergasrest unmittelbar Räumen zugeführt wird, die im Feuergasweg an die letzte Beschaufelungsanordnung angeschlossen sind, und daß seine Spannung in diesen Räumen als Gegendruck auf die Beschaufekimgsanordnungen wirksam gemacht wird, worauf durch Absenkung des, Druckes des Feuergasrestes, insbesondere durch Expansion desselben, in diesen Räumen ein Gegendruckverlauf erzeugt winL. der ^: gleichzeitig mit der Dehnung einer höhergespannten Feuergasteilmenge in der vorgeschalteten Düsen- und Beschaufelungsanordnung und mit annähernd, gleicher ,Charakteristik wie diese auftritt;

Dieser Gegendruckverlauf- kann zunächst in der Ansehlußebene der; Treibgasenrnahmeleirung an das die Düsen- und Beschaufelungsahordnungen umgebende Gehäuse erzeugt werden. Das hat den Vor,-teil,, daß in den vorgeschalteten Räumen, also vor

«».706/220

Sch 11305 Γα/46 f

allem im Radraum der letzten, umlaufenden Be-

'■■^; schaufelung ein entsprechender Gegendruckverlauf eintritt, da diese Räume sämtlich in Offener Verbindung stehen. Es treten also in den Düsen- und Besehauf eiungsanordnungen selbst gleiche oder annähernd gleiche Gefälle auf, weil auch die ihnen

■'■ expandierenden Feuergase der Spannung nach abfallen, so daß Expandions- und Gegendruckverlauf eine gleichartige Charakteristik aufweisen. Es muß

ίο nur noch in bereits vorgeschlagener Weise für den Synchronismus " bzw. annähernden Synchronismus dieser Verfahrensmaßnahmen gesorgt werden, um die erstrebte Gleichhaltung der Gefälle verwirklichen zu können.

Geht man zunächst auf die Frage ein, welchen Räumen die Restfeuergase zweckmäßig zugeführt werden, so ist bei der Auswahl zwischen vorhandenen bzw. bei der Schaffung neuer Räume eigens zu dem genannten Zweck vor allem der Bedingung zu genügen, daß die erstrebte Rückwirkung auf die Düsen- und Beschaufelungsanordnungen zustande kommt. Dieser Bedingung ist bereits genügt, wenn man die Restfeuergase der Treibgasentnahmeleitung 'zuführt. Denn diese Leitung muß mit der Düsen- und Beschaufelungsanordnung in offener Verbindung stehen. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß das Äuff üllvolumen dieser Treibgasentnahmeleitung bzw. eines ihr eventuell vorgeordneten Turbinenausströmgehäuses relativ groß ist, so daß Abweichungen in dem zur Expansionslinie annähernd äquidistant zu haltenden Verlauf der Gegendrucklinie, diagrammatisch gesprochen, Unstetigkeiten in der Äquidistanz auftreten können. Es erscheint daher vorteilhaft, zwar die Zuführung der Restfeuergase zur Treibgasentnahmeleitung grundsätzlich beizubehalten, die Zuführung zu letzterer aber über besondere, sich an die Auslaßventile an der Verpuffungskammer unmittelbar anschließende, gegen das Turbinenausströmgehäuse zweckmäßig abgetrennte, aber vorzugsweise in ihm liegende Räume kleinen Rauminhaltes zu bewirken, wobei hierunter bei notwendiger Länge eine Querschnittsgestaltung verstanden wird, die den Ventilquerschnitt im Eröffnungszustand der Ventile nicht oder nicht wesentlich unter Berücksichtigung der Änderung des spezifischen Volumens der Feuergase bei der hinter den Ventilquerschnittien einsetzenden Dehnung überschreitet. Nimmt man die geschilderten Abweichungen aus Gründen der baulichen Vereinfachung in Kauf, so kann man natürlich die Restfeuergase auch in hinter der letzten Düsen- und Beschaufelungsanordnung gelegene Räume vorzugsweise ein Ausströmgehäuse . der Turbine einführen, da dort immer noch die Möglichkeit der günstigen Rückwirkung des Spannunigsverlaufes der Restfeuergase auf die Düsen- und Bes'chaüfelungsianordnungen, wenn auch im herabgesetzten Ausmaß, besteht. Was für die Restfeuergase ausgeführt worden ist, gilt entsprechend für die Ausströmgase der letzten Turbinenstufe.

Auch^: sie kann man in Räumen kleinen Rauminhaltes, anschließend an die Fangdüsenanordnung hinter 'der ' letzten Besehauf elung, sammeln und ohne Ausbildung eines ausgesprochenen Äusströmgehäüses unmittelbar und möglichst getrennt von den Restfeuergasen der Treibgasentnahmeieitung^: zuführen.

Die Restfeuergase werden als vorzugsweise unabhängig und getrennt von aus den Verpuffuingskammern mit höherem Druck abgezogenen Feuergasteilmengen zu verarbeiten sein. Andererseits ist es zweckmäßig, der Düsen- und Besehauf elungsanordnüng, hinter der, in Strömungsriohtung der Feuergase gesehen, die die Restfeuergase aufnehmenden Räume liegen, während der Zeitspanne dieser Zuführung Feuergasteilmengen höheren Druckes zuzuleiten. '

Um nun den bereits erwähnten . Synchronismus zu erreichen, ist es notwendig, während der Zeitspänne der Zuführung der Restfeuergase die Düsen- und Beschaufelungsanordnungen der Turbine nicht nut mit höhergespannten Feuergasen zu beaufschlagen, sondern auch nach früheren Vorschlägen eine Versetzung der Arbeitsspielfolge mehrerer, den Düsen- und Beschaufelungsanordnungen zugeordneten Verpuffungskammern, so vorzunehmen, daß während der Zeitspanne der Dehnung /aus einer Verpuffungskammer entnommener, höhergespannter Feuergase in der Düsen- bzw. Besehaufelungisanordnung aus einer anderen Verpuffungskammer Restfeuergase durch in sie eintretende Ladeluft yerdrängt und . diese niedrigergespannten Feuergase Räumen hinter der Beschaufelungsanordnung zugeführt werden. In diesem Falle verläuft der durch; die Restfeuergasmenge in bezug auf die votgeordnete Düsen- und Beschaufelungsanordnung erzeugte Gegendruck synchron und mit annähernd gleicher Charakteristik wie die dieser Düsen- und Besichaufe-

■ lungsanordnung zugeordnete Expansionslinie, d.h., beide Linien verlaufen in einem diesem Verfahren

■ entsprechenden 'Q-V-Diagramm annähernd äqui- ; distant. Das bedeutet, daß diese vorgeordnetö

^: Düsen- und Beschaufelungsanordnung mit annähernd gleichem Gefälle beaufschlagt wird, so daß durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen zunächst die Rückwirkung eines hohen

• Radwirkungsgrades entsteht. .Weiter erreicht man außer dem noch diagrammatisch nachzuweisenden Vorteil, daß die Restfeuergase selbst thermo-' dynamisch besser ausgenutzt werden als es., nach?

. den früherer. Vorschlägen möglich war, eine weit-

. gehende Vereinfachung des Turbinenaufbaues, indem die Düsenanordnung H^, völlig fortfällt und dadurch der Turbinengehäuseoberteil nur entsprechend seinen Funktionen als Behälterdeckel ausgebildet zu werden braucht.

Das neue Verfahren ermöglicht durch Anwendung der sogenannten offenen Aufladung, die in der Einführung von, Brennstoff während der Verdrängung der. Restfeuergase von den Ladeluft-\ einlaß,- zu den Feuergasäuslaßotganien unter gleich¹. zeitigem Offenhalten beider Organe besteht, . dig; Strömungsenergie' des bewegten Ladeluftkolbens,^ der infolge. Verwirklichung bestimmter strömungs-j technischer Maßnahmen an deri Eihlaßenden,der Verpuffungskaminer gebildet und erhalten werden kann, zur gleichmäßig räumlichen Verteilung des

«09 706/220

Sch 113051 a/46 f

Brennstoffes und damit zur Bildung einer homogenen, einheitlichen Ladung der Verpuffungskamrnern zu benutzen, ohne daß die Gefahr einer Beeinflussung dieses Bewegungszustandes unter dem Einfluß der Ventilation' der umlaufenden Beschaufelungen besteht, weil die Restfeuergase und damit.'der Ladeluftkolben nur mit toten Räumein in Verbindung gebracht werden, in denen keine Wirbel durch bewegte Maschinenteile erzeugt werden können.

Die Vorrichtungen zur Durchführung der geschilderten' Verfahren können in der verschiedensten Weise ausgebildet sein. Sie kennzeichnen sich vorzugsweise 'dadurch, daß die Verpuffungskammern gesteuerte Auslässe, insbesondere Auslaßventile für durch Ladeluft verdrängte Restfeuer.gase, aufweisen, die mit Räumen hinter BeiSichaufelungsanordnungen, in Strömungsrichtung der Feuergase gesehen, feuergasleitend verbunden sind, wobei die Verpuffungskammern außer den Auislaßorganen für die Restfeuergase weitere (gesteuerte) Auslässe für Feuergase verschiedener Anfang-sspannüng aufweisen, die Düsen- und Besehauf eiungsianordnuingen zugeführt werden. Dadurch entsteht die bereits dargestellte Möglichkeit der Erzeugung gleicher Gefälle in diesen. Düsen- und Beschaufelungsanordnungen mit Hilfe des durch die Restfeuergase zu erzeugenden Gegendruckverlaufes. Zweckmäßig ist in dem Gehäuse der Feuergase niedrigster Spannung .verarbeitenden Besehaufelungsanordmung eine besondere Fangdüsienanordnung vorgesehen, die mit Leitungsteilen für aus den Verpuffungskammern entlassene Restfeuergase in offener Verbindung steht. Diese Leitungsteile können als kurze Zuführungsstutzen geringen Querschnittes ausgebildet sein und in der Treibgasentnahmeleitung offen ausmünden. Eine baulich gedrängte Anordnung ergibt sich dabei besonders dann, wenn ein sich an die Fangdüsenanordnung anschließender Verbindungskörper für die aus der FangdüsenanOTdnung entlassenen Feuergase zwischen den Zufühirungsstutzen für die Restfeuergase zur Treibgasentnahmeleitung angeordnet ist. Münden dabei dieser Verbindungsköxper und die Zuführungsstutzen in Anscblußquerschnitt der Treibgasentnahmeleitung am Turbinengehäuse offen aus, so kommt auf dem Umweg über Zuführungsstutzen für Restfeuergase und Verbindungskörper für axis der Fangdüsenanordnuing austretende Feuergase mittelbar die !erwünschte Gegendruckgestaltung in bezug auf die Düsen- und Beschaufelungsanordnungen der Turbine zustande, während andererseits der Vorteil entsteht, eventuelle Druckdifferenzen zwischen Ausströmgasen der letzten Turbinenstufe und Restfeuergasen nutzbar machen zu können. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, die bauliche Ausbildung so zu treffen, daß mit. Rücksicht auf die immer noch honen Temperaturen der Feuergase im Verbindungskörper und im Zuführungsstutzen, also sowohl in den Verbindungsräumen zwischen, Fangdüsenano'rdnung und Treibgaslieferungsleitung als auch in den Zuführungen zwischen letzterer und gesteuerten Verpuffungskammerauslässen, diese Teile als · blasenartige, dünnwandige Hohlkörper ausgebildet sind. Es hat sich gezeigt, daß so ausgebildete Blasen in bezug auf alle Wärmeübergangs-, Kühlungs-, Temperatur- und Festigkeitsverhältnisse am besten beherrscht werden können, so daß keinerlei betriebliche Schwierigkeiten aufzutreten vermögen. Die gleiche Ausbildung gibt auch die Möglichkeit, den Verbindungskörper zwischen Fangdüsenanoordnung und Treibgaslieferungsleitung einerseits, die Stutzen zwischen Treibgaslieferungsleitung und gesteuerten Verpuffungskammerauslässen andererseits ineinanderzuschachteln und zweckmäßig als Kopfstück und AnscMußglied der Treibgaslieferungsleitung an den Treibgaserzeuger bzw. dessen Teile auszubilden. , .

Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel eines als zweistufige Verpuffungsbrennkraitturbinenanlage mit vier Verpuffungskammern ausgebildeten Öltreibgaserzeugers.

Fig. 2 zeigt eine teilweise Seitenansicht auf 'den Treibgaserzeuger und teilweise einen Schnitt durch eine der Verpuffungskarnmern desselben, wobei die Schnittlinie nach Linie II-11 der Fig. 3 verläuft;

Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht auf die Turbinenanordnung und einen teilweisen Querschnitt durch sie nach Linie 111-1II der Fig. 2;

Fig. 3 A entspricht in der Darstellung der Fig. 3 einer geänderten Ausführungsform des Turbinenteils der Anordnung;

Fig. 4 zeigt das Q-V-Diagramm einer nach den Fig. 2 bis 3 als Ölturbine ausgebildeten Treibgaserzeugers. ·· . ■ .

In den Figuren bezeichnen- 1, 2, 3 und 4 die Verpuffungskammern, wobei die Verpuffungskammer'4 in Fig. 2 im Längsschnitt, Kammer 3 in Ansicht gezeichnet ist. Jede Verpuffungskamimer ist mit einem Ladelufteinlaßventil 5 versehen, wobei das zur Kammer 4 zugehörige Ventil. 5 gerade im geöffneten Zustand gezeichnet ist. Ladeluftzuführungsleitungen 6 führen den Verpufiungskam'menn die gespannte Ladeluft zu. Eingebaut in jedes Ladeluftventil 5 ist ein Brennstoffeinspritzventil 7, dem der Brennstoff über die Brennstoff leitungen 8 zu-. geführt wird. Die Brennstoffleitungen 8 sind an eine nicht gezeichnete Brennstoffpumpe üblicher Ausbildung angeschlossen. Außerdem ist jede Verpuff ungskammer mit nicht besonders bezeichneten Zündeinrichtungen versehen. Der Übergang der Verpuff ungskammer wandungen von den Ladeluftventilen 5 zu dem zylindrischen bzw. prisma tischen Ted! 9 der Verpuffungskammern ist nach Art einer Venturidüse ausgebildet, deren Diffusor 10 eine >sehr schlanke Neigung besitzt, so daß die über 5 eintretende Ladeluft :die Form eines Kolbens annimmt, der sich ohne Vermischung ,mit dem in Bewegungsrichtung vor. ihm befindlichen ,Medium in der Verpuffungskammer vorschiebt und dieses Medium verdrängt, wenn diesem Gelegenheit zum -Abströmen gegeben ist. Das ist dadurch geschehen, daß am Ende der Verpuffungskammer die gesteuerten Auslaßventile 11 angeordnet sind. Außer den gesteuerten AuslaßoTganen 11 sind Düsenventile 12 und 13 vorgesehen. Die Düsenventile 12 entlassen

706/220

Sch 113051al46f

aus den ..'Verpuffungskarnroem hödh'stgespannte - Feuergasteilmengen zu einer Düsenanordnung I_a zu, die dem Turbinenrad .14 der ersten Turbinenstufe mit der umlaufenden Beschaufelung I vorgeordnet ist. Eine Fangdüsenanordnung 15 sammelt die aus der Düsen- und Beschaufelungsanordnung I, 14 der ersten Turbinenstufe abströmenden Feuergase und führt sie einer Auffüllkammeranordnung 16 zu, die ihrerseits in eine Düsenanordnung II_ß übergeht, die der Beschaufelung II des¹ Rades 17 der zweiten Turbinenstufe vorgeordnet ist. In die Auffüllkammeranoirdnung 16 münden Leitungen 18 ein, die sich an die Ausilaßquerschnitte der Düsenventile 13 anschließen, so daß die Düsenanordnung II_fl alle Feuergase verarbeitet, die den . Turbinenquerschnitt durchströmen, der die Düsenanordnung II„ enthält. Eine Fangdüsananoirdnung 19 nimmt die Feuergase auf, die in der Turbinenanordnung II, 17 Arbeit geleistet haben und führt sie gemäß Fig. 3 A, dem Ausstromgehäuse 20 der Turbinenanoirdnung zu. An das Auisströmgehäuse 20 schließt sich die Treibgasentnahmelekung 21 an.

Während die Auslaßventile 11 nach Fig. 3 A die Restfeuergasteilmenge unmittelbar in einen Ausströmgehäuseteil 20 entlassen, zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Fig. 3 in bezug auf die Auslaßventile 11 die abweichende Gestaltung, daß sich an die Auslaßquerschnitte der Ventile 11 ein Zuführungsstutzen für die Restfeuergase in Form eines flachgedrückten Blasenkörpers 22 anschließt, der seinerseits bei 23 in ,die Treibgasentnahmeleitung 21 'dort einmündet, wo ,deren Anschlußquerschnitt an 'das Turbinengehäuse 20 liegt. In derselben Ebene mündet ein blasenförmiger Verbindungskörper 28 aus, der die aus der Eangdüsenanordnung 19 abströmenden Feuergase der Treibgasentnahmeleitung 21 zuführt.

Das Arbeitsverfahren einer derartigen Turbinenanordnung wickelt sich wie folgt ab: Es sei an- genommen, in der Verpuffungskammer 4 Sei gerade der Verpuffungsvorgang zu Ende geführt worden, so daß in derselben Kammer der höchste Verpuffungsdruck p_t (Punkt .A in Fig. 4) auftritt. In diesem Zeitpunkt öffnet sich das Düsenventil 12, während alle anderen Ventile noch geschlossen sind und bleiben. Dadurch wird eine höchstgies'pannte Feuerigasteilmenge entlassen, die deshalb eine Teilmenge ist, weil sich das Düsenventil 12 bereits im Punkt/? (Fig. 4) schließt. Die entlassene, urspirüng-Hch höcbstgespannt gewesene Feuergasteilmenge beaufschlagt über die Düsen I« das Rad I4 der ersten Turbinenstufe mit der umlaufenden einkränzigen Beschaufelung I. Die teilweise abgearbeiteten Feuergaise werden in der Auffangdüsenanordnung 15 aufgefangen und der Auiffüllkammer 16 zugeführt. Eine andere Kammer hatte aber bereits während einer dem zeitlichen Abstand der Punkte A und B im Diagramm der Fig. 4 entsprechenden Zeitspanne das zügehörige Düsenventil 13 geöffnet und in die Auffüllkammer 16 über eine der Leitungen 18 eine niedrigargespannte Feuergasteilmenge entlassen, deren ursprünglicher Spannungszustand durch einen dem Punkt B der Fig. 4 korrespondierenden Punkt des Diagramms gegeben ist, das zu dieser zweiten Kammer gehört. Eine dritte Kammer hatte wiederum während der gleichen Zeitspanne ihr Auslaßventil 11 geöffnet und in die Räume 22 oder auch 20 die Restfeuergasteilmenge entlassen, die aus ihr unter dem Einfluß der gleichzeitig zugelassenen Ladeluft verdrängt wurde. Betrachtet man wieder die Vorgänge in der Verpuffungskammer 4, so öffnet sich in dieser Kammer im Punkt B unter Schluß des Düsenventils 12 das Düsenventil 13 und entläßt aus ihr eine niedrigergespannte Feuergasteilmenge vom Gefällezustand B der Fig. 4. Gleichzeitig hat eine andere Kammer ihr Düsenventil 12 eröffnet und wieder eine höchstgespannte Feuergasteilmenge zur ersten Turbinen- " stufe I, 14 zu entlassen, und wieder eine andere Kammer hatte ihr Auslaßventil 11 eröffnet und ihre Restfeuergasteilmenge in die Räume 22 oder auch 20 über, das zugehörige Auslaß-ventil 11 entlassen. Kehrt man wieder zur Betrachtung der Kammer 4 zurück, so hatte also die Kammer 4 Während der dem Abstand der Punkte B und C entsprechenden Zeitspanne die Auffüllkammer 16 aufgefüllt und in dieser Kammer einen Innendruck erzeugt, der sich als bestimmt verlaufender Gegendruck zur vorgeordneten Düsen- und Beschaufelungsanordnung I, 14 auswirkt. Die Beeinflussung des Gegendruckes verläuft dabei so, daß in dieser ersten Turbinenstufe praktisch gleiche Gefälle auftreten (vgl. die Äquidistanz der Expansionslinie A-B und der Gegendrucklinie 24 in Fig. 4). Im Punkt C schließt sich das Auslaßventil 13 der VerpuffungskammeT 4, und es öffnet sich das Auslaßventil 11; gleichzeitig öffnet sich das Ladelufteinlaßventil 5. Über die Leitung 6 dringt Ladeluft ein, breitet sich im Diffusor 10 kolbenartig aus und verdrängt die in der Kammer 4 befindlichen Feuergase vom Zustand C, d. h. vom Druck p₀, der mit dem Ladeluftdruck· übereinstimmt, während einer Zeitspanne, die dem zeitlichen Abstand der Punkte C und E entspricht. Noch bevor der Punkt Zf erreicht ist, führt der zugehörige Stempel der. Brennstoffpumpe seinen Druckhub aus, so daß über das Ventil 7 in den noch in Bewegung befindlichen Ladeluftkolben Brennstoff eingespritzt wird. Da hierbei das Auslaßventil 11 noch offen ist, erfolgt also^! eine sogenannte offene Aufladung, die den Vorteil einer gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffes über die gesamte, ziemlich 'erhebliche Kammerlänge besitzt, so daß alle Voraussetzungen zur · Bildung einer homogenen Ladung und damit einer brisanten Verpuff ung mit steilem Anstieg der Verpuffungslinie im Diagramm erfüllt sind. Im Punkt E schließen sich Ladelufteinlaß- und -au'slaßventile 5 und 11. Kurze Zeit hiernach setzt die Zündung ein, und es wickelt sich die Verpuffung ab, bis wieder der Zustand A der Verpuffungskammer mit dem Auftreten des höchsten Verpuff ungsdruckes p_r erreicht ist.

Fig. 4 läßt genauer erkennen, zu welchen thermodynamisehen Ergebnissen das dargestellte Arbeitsverfahren und die zu seiner Verwirklichung vorgesehenen Arbeitsmittel führen. Man erkennt in

609 706/220

Sch 113051 a/46 f

Fig. 4 außer den bereits erwähnten Punkten A, B, . C und E zunächst die Arbeitsfläche I, weldhe der disponiblen. Arbeit der Feuerg'asteilmenge entspricht, die über das Ventil 12 entlassen worden war, die also sowohl, in der ersten .Turbinen-Stufe I, 14 als auch in der zweiten Turbinen-Stufe II, 17 Arbeit geleistet hatte. Eingezeichnet ist dabei die dem Innendruck in der Auffüllkammer 16 entsprechende, strichpunktiert wiedergegebene Linie 24, so daß erkennbar wird, daß in dem oberhalb dieser Linie liegenden Flächenbereiich gleichartige

■'■ Gefällezustände in bezug auf die erste Turbinenstufe erhalten werden konnten. Aber auch in dem unterhalb der Linie 24 liegenden Bereich, der bis zur oberen Begrenzung der Fläche III reicht und die Gefälle wiedergibt, die der gleichen, über das ■ Düsen ventil 12 entlassenen Feuergasteilmenge . in der Turbinenstufe II, 17 zugeordnet sind, läßt erkennen, daß. die gleiche Feuergasteilmenge auch in der Turbinenstufe II, 17 annähernd gleiche Gefälle vorfindet. Das gilt gleicherweise für den Bereich II der übier die' Ventile 13 entlassenen Feuergasteilmenge, da auch hier die obere Begrenzungsfläche der Fläche III wieder äquidistant oder annähernd äquidistant zum Expansionslinienabschnitt B-C . verläuft. Erreicht werden also diese günstigen Verhältnisse durch Gestaltung der oberen Begrenzungslinie der Fläche III, die dem disponiblen Arbeitsvermögen der die Treibgasleitung 23 durchströmenden Feuergase entspricht. Ursächlich für diese obere Begrenzungslinie der Fläche III ist dabei der Umstand, daß man die Restfeuerg'asteilmengen nicht mehr, wie bisher, der besonderen Düsenanordnung einer Turbinenstufe zuführte, sondern daß man die Zuführung erfindungsgemäß zu Räumen 22 oder auch 20 hinter den Düsen-: und Bieschaufelungssystemen I, 14, II, 17, in ' Strömungsrichtung der Feuergase gesehen, vornimmt. Maßgebend für diesen die Arbeitsfläche III begrenzenden Verlauf der Linien 25/26, 27 ist dabei, daß, die Restfeuergase nicht wie bisher einer besonderen . . -Düsenanordnung zugeführt werden,- sondern entsprechend der Erfindung den Räumen 22 oder 20 hinter den Düsen- und Beschaufelungs-systemen I, 14 und II, 17 zugeleitet werden,, alles in Richtung der Feuergasströmung gesehen.

Zunächst zeigt die Fläche III weit ausgeglichenere und kleinere Gefälleschwankungen als Fig. 1, wobei noch nicht die Möglichkeit berücksichtigt worden ist, im Anschluß an die Räume 22, 2.8, gegebenenfalls auch 20 und 21,. besondere, zusätjz¹-

, . liehe Räume zum Druckausgleich vorzusehen. Erkennbar wird aber auch vor allem der äquidistante Verlauf der Gegendrucklinien 25 zur Gegendrucklinie 24, die in bezug auf Gegendrucklinie 2 5 deshalb zum Expansionslinienabschnitt . wird,, .weil Feuiergase vom Zustand 24 die Düsenanordnung II als die. zweite Turbinenstufe beaufschlagende Feuergase durchströmen. Der annähernd äquidistante Verlauf des Gegendrucklinienabschnittes 26 im Verhältnis zum Expansionslinienabschnitt B-C im

. ,. Bereich.II wurde, bereits erwähnt,_: so- daß also auichi erreicht wird,. daß die über die Düsenventile 13. entlassenen Feuergasteilmenr;cn bei ihrer Verarbeitung in der zweiten Turbinenstufe II, 1.7 gleiche oder annähernd gleiche Gefäße vorfinden. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die durch die Abschnitte 25, 26,27 entstehenden Gestaltungen des Gegend-ruiokverlaufes, soweit sie sich auf die vo-rgeord-' neten Düsen- und Bescha.u,felungsano'rdnungen auszuwirken vermögen, zunächst zu erhalten und erst später, in weiter entfernt liegenden Abschnitten der Treibgaszuführungsleitung 21, einen Druckausgleich vorzunehmen, der in Fig. 4 nicht berücksichtigt werden konnte, weil es hier auf die Rückwirkung der Restfeuergase. auf die Gefällezustände in den voirgeordneten Turbinenstufen ankommt. Aus¹ diesem Grunde ist die Gestaltung der blasienförmigen Stutzen 22 der Anordnung nach Fig. 3 linke Hälfte vorzuziehen, da man diesen blasenartigen Stutzen 22 kleinere Dimensionen als dem Ausströingehäuse 20 erteilen kann; aus diesem Grunde ist es ebenso vorteilhaft, die aus der Fangdüsenanordnung 19 austretenden Feuergase in dem zweiten, dünnwandigen und blasenförmigen Verbindungskörper 28 aufzufangen, aber durch Vereinigung der Mündungen 23 und 29 am Einmündungsquerschnitt der Treibgaszuführungsleitung 21 dafür zu sorgen, daß die durch die Linien 25, 26, 27 gegebenen günstigen Auswirkungen auf die Beschaufelung II, 17, damit auch .auf die Auffüllkaimmer 16 und damit schließlich auf die erste Turbinenstufe I, 14/ eintreten. . .

Was: für eine zweistufige Turbine ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß, für jede andere Stufenzahl, also* auch für einstufige und dreistufige Turbinen usf:

Entsprechend der Tatsache, daß für den Feuer- : gaszustand, der in bezug auf einen anderen Zustand zu einem bestimmten Enthalpiegefälle führt, nicht nur. Druck, sondern auch Temperatur und physikalische Konstanten, wie Gaskonstante, adiabatischer Exponent der Feuergase, maßgebend sind, wäre es theoretisch möglich, -die Absenkung der Gefällebegrenzungslinien 24, 25, 26 und 27 in Fig. 4 auch Z¹U bewirken, ohne den Druck der Feuergase, also den Gegendruck auf vorgeordnete Düsen- und Beschaufelungsanordnungen, zu ändern. Da dadurch offensichtlich-, das .Wesen-der Erfindung nicht verlassen würde, ist also der Ausdruck Gegendrücke in diesem weiteren Sinne der mit diesen Gegendrücken korrespondierenden Linien, im Q-V-Diagrarnm zu verstehen. -

. Während nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 die Restfeuergase über besondere Räume 23 der Leitung. 21 zugeführt werden, erfolgt nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 A die Zuführung der Riestfeuiergaste, über den Raum 20 unmittelbar . in die Treibgasentnahmeleitung 21. . ,. .

Die Steuerung der beschriebenen Ein- und Auslaßargane, die in Form von Ventilen veranschaulicht worden sind, an deren Stelle aber auch ohne weitere Schieber, membrangesteuerte Aus- und Ein- ·■'· lasse -oid. dgl. treten können, .kann auf 'die verschiedenste Weise vorgenommen werden, : etwa mechanisch; pneumatisch, hydraulisch, . elektrisch,

Sch 113051 al46 f

magnetisch, .elektromagnetisch·, hydromechanisch, hydroelektrisch·, pneumomechanisch, pneumoelek-

^; irisch oder in sonstwie geeigneter Weise. Derartige, Steuerungen und Vorrichtungen zur Regelung der gesteuerten Vorgänge sind bekannt und sind nicht Gegenstand der Erfindung.

Claims (17)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Betriebe Feuergase durch ίο Verpuffunigen herstellender Treibgaserzeuger, bei dem in eine Verpuffungskammer Ladeluft eingeführt wird, während der Feuergastrest in (derselben Zeitspanne aus ihr entlassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuergasrest unmittelbar Räumen zugeführt wird, die im Feuergasweg an die letzte Beschaufelungsanordnung ,angeschlo'ssen sind, und daß, seine Spannung in diesen Räumen als Gegendruck auf die Be-'SchaufelungsanoTdnungen wirksam gemacht wird, worauf durch Absenkung des Druckes des Feuergasrestes, ins besondere durch Expansion desselben in diesen Räumen, ein Gegendruckvierlauf erzeugt wird, der gleichzeitig mit der Dehnung einer höhergespannten Feuergasteilmenge in der vor geschalteten Düsen- und Beschäufelungsanordnung und mit annähernd gleicher Charakteristik wie diese auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Erzeugung des Gegendruckverlaufes in der Anischlußebene der Treibgasentnahmeleitung an das die Düsen- und Beschaufelungsanordnungen umgebende Gehäuse.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch unmittelbare Überführung der aus den Verpuffungskammern entlassenen Restfeuergase in die Treihgasenrnahmeleitung.

4. , Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Einführung der Restfeuergase in die Treibgasentnahmeleitung über besondere, sich an die Entlassungsorgane an den Verpuffungskammern unmittelbar anschließende, gegen das Turbinengehäuse zweckmäßig abgetrennte und vorteilhaft in ihm untiergebrachte Räume kleinen Rauminhaltes.

-5- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch unmittelbare Überführung der aus den Verpufrungskammern entlassenen Restfeuergase in. hinter der letzten Düsen- und Beschaufelungsanordnung gelegene Räume, vorzugsweise in ein Ausströmgehäuse des Treibgaserzeugers.

6. Verfahren nach einem oder !mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Einführung der aus einer Fangdüsienano-rdnung hinter der letzten Turbinenstufe aufgefangenen Ausströmga.se in die Treibgasentnahmeleitung.

7. Verfahren nach einem oder 'mehreren der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Restfeuergase unabhängig und getrennt von aus den Verpuffungskammern mit höherem Druck abgezogenen Feuergasteilmengen verarbeitet werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Einführung der' aus einer Fangdüsenanbrdnung hinter der letzten Turbinenstufe aufgefangenen Ausströmgase in die Treibgasentnahmeleitung über besondere, sich an die Fangdüsenanordnung unmittelbar anschließende, gegen das Turbinengehäuse zweckmäßig abgetrennte und vorteilhaft in ihm untergebrachte Räume kleinen Rauminhalts.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Einführung der außerhalb einer Fangdüsenanordnung hinter der letzten Turbinenstufe aufge^ fangenen Ausströmgase in die Treibgasentnahmeleitung.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3 bis 9, gekennzeichnet durch Einführung der aus einer Fangdüsenanordnung hinter der letzten Turbinenstufe aufgefangenen Ausströmgase in einen Ausströmgehäuseteil der Turbine.

11. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpufiungskammern außer Ladelufteinlaßorganen Auslässe für durch Ladeluft verdrängte Restfeuergase aufweisen, die, in Feuergasrichtung gesehen, mit Räumen hinter der Besohaufelungsanordnung in feuergasleitender Verbindung stehen, wobei die Verpuffungskammern des Treibgas,-erzeugers Auslässe für Feuergasteilmengen verschiedener Anfangsspannung besitzen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im' Gehäuse der Feuergasteilmengen im Entlassungszeitpunkt niedrigster Spannung verarbeitenden Besehaufelungsanordnungen eine besondere Fangdüsenanordnung vorgesehen ist, die mit Leitungsteilen für aus ■den Verpuffungskammern entlassene Restfeuergasteilmengen hi offener Verbindung steht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fangdüsenanordnung und Treibgasentnahmeleitung ein vorteilhaft im Turbinengehäuse angeordneter Verbindungskörper vorgesehen ist, der zweckmäßig von den Leitungsteilen für Restfeuergase unabhängig und gesondert ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren ■der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen gesteuerten Entlassungsorganen an den Verpuffungskammern und Treibgasentnahmeleitung vorteilhaft im Turbinengehäuse angeordnete Verbindungsstutzen vorgesehen sind, die zweckmäßig von dem Verbindungskörper zwischen Fangdüsenanordnung und Treibgasentnahmeleitung unabhängig und gesondert ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungskörper und Stutzen in der Einlaßmündungsebene der Treibgasentnahmeleitung offen ausmünden.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Verbin-

■609 706/220

Sch 113051al46 f

dungskörper und Stutzen als dünnwandige, blasenartige Hohlkörper ausgebildet sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungskörper und Stutzen ineinandergeschachtelt sind und das Kopfstück und das Übergangsgliejd der Treibgasentnahmeleitung zur Fangdüsenanordnung und zu den Entlassungsorganen für die . Restfeuergasteilmengen bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 606883, 596025, 595 537, 572 395; 564476,. 558785. 557 856, 555 560, 542 108, 511 426.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 16O9 706/220 10.5'6