Brennstoffeinspritzvorrichtnng für Verpuffungsbrennkraftturbinen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Verpuffungsbrennkraftturbinen, bei denen in eine mit Luft erfüllte durch ein Düsenventil abgeschlossene Verpuffungskammer flüssiger Brennstoff in fein zerstäubtem Zustande ein geführt wird, worauf die Entzündung des brennbaren Gemisches und nach Öffnung des Düsenventils die Beaufschlagung des Tur binenrades durch die gebildeten Feuergase erfolgt.
Bei solchen Verpuffungsbrennkraft- turbinen ist zur Erzielung eines befriedigen den Wirkungsgrades notwendig, vor Einlei tung der Entzündung eine gewisse Verdich tung des Kammerinhaltes vorzunehmen.
Da nun die Austreibung der Verbrennungsgase durch die geöffnete Düse nach vollendeter Dehnung, mit nur wenig über die Atmo sphäre bezw. den Druck im Auspuffraum gespannter Luft geschehen muss, so hatte man bisher Luft von dreifach verschiedener Spannung nötig:
Spülluft von niedriger Spannung, Ladeluft von mittlerer Spannung, um die Verbrennung unter günstigsten ther mischen Verhältnissen stattfinden zu lassen, und Zerstäubungsluft von hoher Spannung, um eine möglichst feine Zerstäubung des Brennstoffes und damit eine genügende Durchmischung mit der Ladeluft in der zur Verfügung stehenden kurzen Zeit zu bE, wirken. Dementsprcehend hatte man auch drei voneinander getrennte Zuführungsorgane nötig:
ein Spülluftventil, ein Ladeluftventil und ein Ölzerstäubungsventil. Gemäss der Er findung wird durch geeignete Gestaltung des Ladeluftventils und dessen Zusammenbau mit einem Brennstoffdüseneinsatz eine Zer- stäubung flüssigen Brennstoffes mittelst der Ladeluft, die also nur mittlere Spannung be sitzt, herbeigeführt, und dadurch der Ver dichter für hochgespannte Zerstäubungsluft und dessen Arbeit, sowie die gesonderte, ge trennte Anordnung eines Zerstäuberventils erspart.
Die Erfindung besteht darin, dass die Ladeluft in einem h:ohlkegelngen oder hohl- zylindriscÜen Luftstrom eingeführt und der flüssige Brennstoff in das Innere dieses Lufthohlkegels bezw. Lufthohlzylinders ein gespritzt wird, so dass der Brennstoff von dem Luftstrom erfasst, mitgerissen und ver teilt wird. Zu diesem Zwecke ist ein Brenn- stoffdÜseneinsatz gleichachsig in .das Innere des Ladeluftventils, durch welches die Luft zur Bildung des Hohlkegels zugeführt wird, eingebaut.
In der beigefügten Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- standes dargestellt. Fig. 1 zeigt ein kombi niertes Ladeluft- und Ölventil im Längs schnitt, Fig. 2 in schematischer Darstellung die Verbindung .des kombinierten Ladeluft- und Ölventils mit den zugehörigen Steuer organen;
Fig. 3 und 4 zeigen in teilweisem Längsschnitt und in .einer Stirnansicht eine zweite Ausführungsform des kombinierten Ladeluft- und Üd:ventils, und .Fig. 5, 6, 7 und 8 in teilweisem Längsschnitt noch vier wei tere Ausführungsformen.
Gemäss Fig. 1 und 2 ist in das Geehäuse a einer Explosionsturbine ein Ventileinsatz- stück d eingebaut, welches in .die Explosions kammer c der Turbine mündet und durch die Öffnung b an den Behälter für Ladeluft angeschlossen ist. Das Einsatzstück d ent hält eine Sitzfläche, auf welche sich der Ventilkegel f des Ladeluftventilkörpers auf setzt. An den Ventilkegel schliesst der im Einsatzstück geführte Ventilschaft an, wel cher mit dem Kolben l einer Ölsteuerung ver sehen ist.
Die Bewegung dieses Ventilkörpers erfolgt dadurch. dass in die Ölkammer hinter dem Ventilkolben durch den Kanal n-Druck- öl eingelassen wird; bei Entlastung vom Öl druck wird der Ventilkörper durch die Feder in wieder zurückgezogen. Der Ventilschaft ist auf seiner ganzen Länge durchbohrt. Die Bohrung ist an ihrem einen Ende ver schlossen, und durch einen Schlitz mit einem Zuführungskanal o für den flüssigen Brenn stoff verbunden; auf der andern Seite mün det die Bohrung .in eine .durch ein Rück schlagventil i abgeschlossene Ventilkammer im Innern des Ventilkegels, welche .durch einen Düseneinsatz k mit feinen Bohrungen abgeschlossen ist.
An das Ventileinsatz stück schliesst sich nach dem Innern des Ex plosionsraumes ein Luftstrahl-Leitstück e an, um die durch das Ventil austretenden Luft strahlen in bestimmter Weise zu leiten.
Beim Öffnen -des Ventils .durch die Öl steuerung entsprechend dem punktierten Um riss des Ventilkegels, strömt Ladeluft in einem hohlkegeligen Strahl in die Explo sionskammer. Wird nun während der Off- nungszeit .des Ventils flüssiger Brennstoff durch den Kanal o und die Bohrung h :des Ventilschaftes gedrückt, so spritzt dieses in feinen Strahlen durch die Bohrungen des Düseneinsatzes le in den Luftkegel ein und wird von diesem aufs feinste zerrissen und verteilt, so :
dass eine innige Mischung von Luft und Öldampf entsteht, die bei Entzün- dung,durch einen elektrischen Funken schnell und restlos verbrennt.
Fig. 2 lässt .die Verbindung des Ventil einsatzes mit der Steuerung -der Maschine er kennen. Der Kanal n ist durch eine Rohr leitung n mit einem hydraulischen Steuer zylinder verbunden, in welchem ein Dreh schieber ' umläuft. Dieser ist durch seinen innern Hohlraum q mit einer Zufuhrleitung für Öl verbunden, das beispielsweise unter einem Drucke von 6 Atm. steht, während der Ringraum zwischen Schieber und Gehäuse durch einen Stutzen r mit einer unter Atmo sphärendruck stehenden Ölabflussleitung ver bunden ist.
So oft und so lange der Dreh schieber durch seine Öffnung Iden Druck raum<I>q</I> mit,der Leitung rz' verbindet, strömt Drucköl hinter :den Steuerkolben des Lade luftventils und drückt :dieses auf; sobald -din Leitung ri mit dem Rizigr aum verbunden wird, schliesst sich das Ventil wieder.
In gleicher Winkelgeschwindigkeit mit :dieseln Drehschieber wird die Steuerwelle s gedreht, auf welcher ein Steuernocken t für die Brennstoffpumpe ei sitzt. Diese ist durch Öffnung v mit. dem Brennstoffvorrats behälter, durch Öffnung zu und Leitung ö mit dein Kanal o und dadurch mit der Boh rung 'im' Ventilschaft verbunden.
Die Pumpe wird durch ein Überlaufven-til:x in bekannter Weise geregelt, indem der Maschinenregler durch ein Exzenter die Höhenlage des dieses Ventil steuernden Hebels beeinflusst und da durch den stets zu gleicher Zeit beginnenden Pumpendruckhub früher oder später unter bricht. Eine andere Steuerung und Regelung der Brennstoffpumpe kann angewandt wer den. Es kann auch eine Selbststeuerung der Brennstoffzufuhr dadurch stattfinden, dass der Brennstoffdauernd unter Druck steht und nur durch die Bewegung der im hohlen Ventilschaft enthaltenen Verbindungsöffnung mit dem Kanal o gesteuert wird.
In diesem Falle russ die Zeitdauer der Öffnung des Ladeluftventils in Abhängigkeit von der Be lastung der Mafschine geregelt werden, da die Ölsteuerung durch diese Zeitdauer mit be stimmt wird. Fig. 3 zeigt in teilweisem Schnitt, Fig. 4 in Ansicht eine andere Ausführungsform des Ventilkegels und des eingebauten Brenn stoffdüseneinsatzes. In diesem Falle ist das Luftstrahlenleitstück gebildet durch einen kappenartigen Aufsatz e, der eine Reihe von kranzförmig gestellten Löchern enthält.
Auf diese Weise wird beim Durchtreten der Lade luft ein aus einzelnen Strahlen zusammen gesetzter, hohlkegelförmiger Luftmantel g-- formt. Der Brennstoff wird im dargestellten Beispiel durch parallele Löcher in Eden Luft kegel ausgetrieben; doch können auch in die sem Fall auseinandergehende Öffnungen an- .gewandt werden.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das Luftstrahlenleitstück aus einem zylindrischen Fortsatz des Ve4til.einsatz- stückes gebildet wird.
Durch Zusammen wirken mit dem ebenfalls zylindrisch ge formten Kopf des Ventilkörpers wird in die- sein Falle ein hohlzylindrischer Luftstrahl "eformt. In diesem Falle werden die Brenn stoffstrahlen vorteilhaft durch radiale oder nahezu radiale Bohrungen ausgespritzt, um den. zylindrischen Luftmantel möglichst bald na.eh seiner Bildung zu treffen und dadurch die Bedingungen für günstigste Zerstäu- bung zu gewähren.
Fig. G zeigt eine weitere Ausführungs form, in welcher die Steuerung des Ventil körpers f weiter vereinfacht ist, indem man auf die Rückzugfeder für den hydraulischen Steuerkolben verzichtet hat und den Rück zug durch den Druck der Auflade.luft selbst bewirken lässt.
Wenn der Öldruck hinter dem Kolben und der Druck in der Explosions kammer gleich dem äussern Luftdrucke Po ist, der Aufladedruck = p, der wirksame Ventil querschnitt= f, der Querschnitt der Ventil stange = f', der Querschnitt des Kolbens = F, so wird der Ventilkörper mit einer Kraft auf seinen Sitz gedrückt, welche fol gende Grösse hat: p. f -I- <I>(F - f') p - (f - f') p -</I> (±' <I>-<B>f</B>)</I> p:, <I>(p -</I> po) # <I>(F - f) - pof'.</I>
Da sowohl<I>p -</I> po, als auch<I>F - f</I> grösser als null sind, ist auch @clas Produkt (p-po) <I>. (F- f)</I> grösser als null, .und es kann mit Leichtigkeit so gross gemacht werden, dass es das Restglied p, <I>f'</I> übersteigt, so @dass also eine positive Kraft auf den Sitz ausgeübt wird. Diese Kraft würde zum Zwecke des Öffnens,des Ventils durch Erhöhung .des Öl druckes überwunden werden und durch Ver kleinerung des Öldruckes wieder überwiegen.
Der Schluss .des Ventils erfolgt hierbei mit grösserer Kraft als derjenigen, welche beim Öffnen zu überwinden war, weil der Gegen druck in der Explosionskammer während des Ladens gewachsen ist.
In der Ausführungsform nach Fig. 7 ist der Einbau des kombinierten Ladeluft- Brennstoffventils in das Spülluftventil der Explosionskammer dargestellt, so,dass in die sem Organ nunmehr alle zur Spülung und Beschickung der Explosionskammer notwen digen Organe vereinigt sind. Die innere Ven tilbüchse d ist zunächst umschlossen von dem Ventilkörper<I>f' g',</I> der aus einem zylin- .drischen Rohr mit angeschlossener Ventil glocke besteht.
Der rohrförmige Teil ist um schlossen von einem ringförmigen Kolben l', mit dem er,durch eine Mutter x verschraubt ist. Dieser ringförmige Kolben führt sich im zylindrischen Teil des Ventilsatzes a'. Die Ventilbüchse <I>d</I> und der Ventilsatz<I>ä</I> sind verschraubt mit einem gemeinsamen Ge häuse a, das in seinem äussern Teile die zy lindrische Bohrung zur Aufnahme ,des Kol bens l trägt.
Dieses Gehäuse<I>a</I> enthält zwi schen beiden Teilen<I>d</I> und<I>ä</I> eine ringförmige Aussparung <I>z,</I> welche durch den Stutzen<I>n'</I> mit einer Oldrucksteuerung in Verbindung steht. In -den Ventileinsatz a' mündet idie durch einen Flansch begrenzte Öffnung b', an die sich !die Spülluftleitung anschliesst.
Solange im Ringraum Z das Öl unter Atmo sphärendruck steht, wird das Spülluftventil <I>f'</I> auf seinen Sitz am Ventileinsatz<I>a'</I> durch den überwiegenden Luftdruck auf die Ring fläche l' gepresst. Sobald aber durch Off nung n,' Ölunter höherer Pressung in den Ringraum Z blassen -wird, :drückt dieses das Ventil :auf und lässt die Spülluft in ,die Ex plosionskammer .eintreten.
Unabhängig voll der Ölsteuerung dieses Spülluftventils wird die Ölsteuerung des Ladeluftventils f durch Einlassen von Drucköl .durch den Stutzen ia gesteuert; und unabhängig von beiden wird von der Brennstoffpumpe zur geeigneten Zeit während :der Lufteinstiömung Brennstoff in feinen Strahlen in die Ladeluft eingespritzt.
In Fig. 8 ist- endlich eine Ausführungs form dargestellt, welche beim Zusammenbau des Ladeluft-Brennstoffventils mit dem<B>Spül.</B> luftventil dadurch entsteht, däss man für die Zurückziehung Ventilfedern ;statt der Luft pressung verwendet.
Das Ladeluftventil f mit Ventilschaft g ist wiederum mit .dem Öldruckkolben 1, lind der Rückzugfeder m in ein Gehäuse a eingebaut, das durch den Stutzen b mit dem Ladeluftbehälter verbun den ist.
Dieses Gehäuse hat nun auf seinem nach dem Explosionsraum zugewandten Ende einen aussen zylindrischen Teil, der um schlossen wird von einem hohlzylindrischen Teil g', der einerseits den Ventilsitz für das Ladeluftventil f bildet, anderseits in das Spülluftventil f' übergeht.
Dieser hohlzylin drische Teil g' wird von einer Führungs büchse d umschlossen, die in dem Aussen gehäuse a' -gelagert ist und. mittelst einer Feder eiäen ringförmigen Kolben l'- trägt, welcher in einer hohlzylindrischen Bohrung dieses Gehäuses a verschiebbar ist. Zwischen diesem Kolben l' und dem Abschlussflansch, mit welchem sich das Gehäuse a auf .das Gehäuse ä aufsetzt, bildet sich ein Pding- raum z, in welchen durch die öffnung n' Drucköl eingeleitet werden kann.
Das Ven til f' kann sich entweder unmittelbar, oder unter Einschaltung einer besonderen Sitz fläche<I>d'</I> auf das Aussengehäuse<I>ä</I> dichtend aufsetzen.
Fuel injector for deflagration internal combustion turbines. The present invention relates to a fuel injection device for detonation combustion power turbines, in which liquid fuel in a finely atomized state is introduced into an air-filled deflagration chamber closed by a nozzle valve, whereupon the ignition of the combustible mixture and, after opening the nozzle valve, the actuation of the turbine wheel the formed fire gases takes place.
In such deflagration combustion turbines, in order to achieve a satisfactory degree of efficiency, it is necessary to carry out a certain compression of the chamber contents before the ignition is initiated.
Since now the expulsion of the combustion gases through the open nozzle after completion of the expansion, with little over the atmosphere BEZW. the pressure in the exhaust chamber of compressed air has to take place, up to now one had to have air of three different tension:
Low-voltage scavenging air, medium-voltage charge air to allow combustion to take place under the most favorable thermal conditions, and high-voltage atomizing air to ensure the finest possible atomization of the fuel and thus sufficient mixing with the charge air in the short time available to bE, work. Accordingly, three separate supply organs were needed:
a purge air valve, a charge air valve and an oil atomization valve. According to the invention, by suitably designing the charge air valve and assembling it with a fuel nozzle insert, atomization of liquid fuel by means of the charge air, which therefore only has medium voltage, is brought about, and thus the compressor for high-pressure atomization air and its work, as well as the separate, ge separated arrangement of an atomizer valve spared.
The invention consists in that the charge air is introduced into a hollow cone or hollow-cylindrical air stream and the liquid fuel enters the interior of this hollow cone of air. Hollow air cylinder is injected, so that the fuel is captured by the air stream, carried along and distributed ver. For this purpose, a fuel nozzle insert is installed coaxially in the interior of the charge air valve, through which the air is supplied to form the hollow cone.
Some exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the accompanying drawing. Fig. 1 shows a kombi-ned charge air and oil valve in longitudinal section, Fig. 2 in a schematic representation of the connection .des combined charge air and oil valve with the associated control organs;
3 and 4 show in partial longitudinal section and in .einer an end view a second embodiment of the combined charge air and Üd: valve, and .Fig. 5, 6, 7 and 8 in partial longitudinal section four more white embodiments.
According to FIGS. 1 and 2, a valve insert d is built into the housing a of an explosion turbine, which opens into the explosion chamber c of the turbine and is connected to the container for charge air through the opening b. The insert d contains a seat on which the valve cone f of the charge air valve body sits. The valve stem, which is guided in the insert and is provided with the piston 1 of an oil control, connects to the valve cone.
This causes the valve body to move. that n-pressure oil is let into the oil chamber behind the valve piston through the channel; When the oil pressure is relieved, the valve body is pulled back again by the spring. The valve stem is pierced along its entire length. The bore is closed ver at one end, and connected through a slot with a feed channel o for the liquid fuel; on the other hand, the bore opens into a valve chamber in the interior of the valve cone which is closed by a check valve i and which is closed by a nozzle insert k with fine bores.
The valve insert piece is followed by an air jet guide piece e to the inside of the explosion chamber in order to direct the air exiting through the valve in a certain way.
When the valve is opened by the oil control according to the dotted outline of the valve cone, charge air flows into the explosion chamber in a hollow conical jet. If, during the opening time of the valve, liquid fuel is pressed through the channel o and the hole h: of the valve stem, it injects in fine jets through the holes in the nozzle insert le into the air cone and is torn and distributed by this in the finest possible way , like this:
that an intimate mixture of air and oil vapor is created which, when ignited, burns quickly and completely through an electric spark.
Fig. 2 shows the connection of the valve insert with the control of the machine. The channel n is connected by a pipe n with a hydraulic control cylinder in which a rotary valve 'rotates. This is connected through its inner cavity q with a supply line for oil, which is for example under a pressure of 6 Atm. stands, while the annular space between the slide and the housing is connected by a connecting piece r with an oil discharge line under atmospheric pressure.
As often and as long as the rotary valve connects through its opening I the pressure chamber <I> q </I> with the line rz ', pressurized oil flows behind: the control piston of the charging air valve and presses: this open; as soon as -din line ri is connected to the Rizigr aum, the valve closes again.
The control shaft s, on which a control cam t for the fuel pump ei sits, is rotated at the same angular speed with: diesel rotary valve. This is through opening v with. the fuel storage container, through opening to and line ö with your channel o and thereby connected to the borehole 'in the' valve stem.
The pump is controlled in a known manner by an overflow valve: x, in that the machine controller uses an eccentric to influence the height of the lever controlling this valve and because sooner or later it interrupts the pump pressure stroke that always begins at the same time. Another control and regulation of the fuel pump can be used. The fuel supply can also be controlled automatically by the fact that the fuel is constantly under pressure and is only controlled by the movement of the connection opening contained in the hollow valve stem with the channel o.
In this case, the duration of the opening of the charge air valve can be regulated as a function of the loading of the machine, since the oil control is determined by this period of time. Fig. 3 shows in partial section, Fig. 4 in view of another embodiment of the valve cone and the built-in fuel nozzle insert. In this case, the air jet guide is formed by a cap-like attachment e, which contains a series of holes arranged in a ring.
In this way, when air passes through the loading, a hollow conical air jacket composed of individual jets is formed. In the example shown, the fuel is expelled through parallel holes in the Eden air cone; however, diverging openings can also be used in this case.
5 shows an embodiment in which the air jet guide is formed from a cylindrical extension of the valve insert.
By working together with the head of the valve body, which is also cylindrically shaped, a hollow cylindrical air jet is formed in this case. In this case, the fuel jets are advantageously ejected through radial or almost radial bores, around the cylindrical air jacket as soon as possible to meet its formation and thereby to grant the conditions for the most favorable atomization.
Fig. G shows a further embodiment, in which the control of the valve body f is further simplified by having dispensed with the return spring for the hydraulic control piston and can cause the return train by the pressure of the Auflade.luft itself.
If the oil pressure behind the piston and the pressure in the explosion chamber is equal to the external air pressure Po, the boost pressure = p, the effective valve cross section = f, the cross section of the valve rod = f ', the cross section of the piston = F, then the valve body is pressed onto its seat with a force which has the following size: p. f -I- <I> (F - f ') p - (f - f') p - </I> (± '<I> - <B> f </B>) </I> p :, <I> (p - </I> po) # <I> (F - f) - pof '. </I>
Since both <I> p - </I> po and <I> F - f </I> are greater than zero, @clas product (p-po) is <I> as well. (F- f) </I> greater than zero, .and it can easily be made so large that it exceeds the remainder of p, <I> f '</I>, so @that there is a positive force on the Seat is exercised. For the purpose of opening the valve, this force would be overcome by increasing the oil pressure and would prevail again by reducing the oil pressure.
The end of the valve takes place here with greater force than that which had to be overcome when opening because the counter pressure in the explosion chamber has grown during loading.
In the embodiment of FIG. 7, the installation of the combined charge air fuel valve is shown in the purge air valve of the explosion chamber, so that all of the organs necessary for purging and charging the explosion chamber are combined in this organ. The inner valve sleeve d is initially enclosed by the valve body <I> f 'g', </I> which consists of a cylindrical tube with a connected valve bell.
The tubular part is enclosed by an annular piston l 'with which it is screwed by a nut x. This annular piston is guided in the cylindrical part of the valve assembly a '. The valve sleeve <I> d </I> and the valve set <I> ä </I> are screwed to a common housing a, which in its outer part carries the cylindrical bore for receiving the piston l.
This housing <I> a </I> contains between the two parts <I> d </I> and <I> ä </I> an annular recess <I> z, </I> which is inserted through the connecting piece <I > n '</I> is connected to an oil pressure control. The opening b ', which is delimited by a flange and to which the scavenging air line is connected, opens into the valve insert a'.
As long as the oil in the annular space Z is under atmospheric pressure, the purge air valve <I> f '</I> is pressed onto its seat on the valve insert <I> a' </I> by the predominant air pressure on the annular surface l '. However, as soon as oil is blown into the annular space Z under higher pressure through opening n,: this presses the valve: open and allows the scavenging air to enter the explosion chamber.
Independently of the oil control of this purge air valve, the oil control of the charge air valve f is controlled by admitting pressurized oil through the nozzle ia; and independently of both, fuel is injected into the charge air in fine jets by the fuel pump at the appropriate time during: the air inflow.
In Fig. 8, finally, an embodiment is shown, which when assembling the charge air fuel valve with the <B> scavenging. </B> air valve is created by using valve springs for the retraction instead of the air pressure.
The charge air valve f with valve stem g is in turn built into a housing a with the oil pressure piston 1, and the return spring m, which is connected to the charge air tank through the connector b.
This housing now has on its end facing the explosion chamber an outside cylindrical part, which is enclosed by a hollow cylindrical part g ', which on the one hand forms the valve seat for the charge air valve f, and on the other hand merges into the scavenging air valve f'.
This hollow cylinder drical part g 'is enclosed by a guide bushing d, which is in the outer housing a' and stored. by means of a spring an annular piston 1'- carries which can be displaced in a hollow cylindrical bore of this housing a. Between this piston 1 'and the closing flange, with which the housing a sits on the housing ä, a pding space z is formed, into which pressure oil can be introduced through the opening n'.
The valve f 'can either sit directly on the outer housing <I> ä </I> or with the inclusion of a special seat <I> d' </I>.