Brennkr aft-Freikolbenmaschinenanlage. Die Erfindung betrifft eine Brennkraft Freikolbenmaschinenanlage zur Erzeugung von Treibgas, insbesondere zum Antrieb von Gasturbinen. Bei Brennkraft-Freikolbenma- schinen haben die Treibgase wegen des hohen Druckes bei Vollast "hohe Temperaturen, so dass sich für die Verbrauchsstelle eine hohe Wärmebelastung ergibt. Bei Verwendung der Treibgase in einer Gasturbine wird insbeson dere das Material der :Schaufelung, das in folge der an den Schaufeln wirkenden Kräfte bereits hohe Beanspruchungen aushalten muss, durch die zusätzliche Wärmebelastung bis an die Grenze des Zulässigen beansprucht.
Mit dem Treibgas werden Kohlenwasser- k3 in erster Linie unverbrannte Schmier ölreste aus dem Brennkraftzylinder der Brennkraft-Freikolbenmaschine mitgerissen. Bei voller Belastung ist die Temperatur der Verbrennungsgase so hoch, dass diese Reste noch im Brennkraftzylinder oder während des Übertrittes in die Treibgasleitung ver brennen, und da es sich bei jedem Arbeits spiel des Brennkraftverdichters um geringe Mengen handelt, so tritt eine nennenswerte Erhöhung der Treibgastemperatur nicht ein.
Bei kleiner Leistung verringert sich die Temperatur der Abgase jedoch so weit, dass diese ,Ölreste nicht mehr vollständig verbren nen und sich in der Treibgasleitung, even tuell in einem Treibgasbehälter ansammeln. Wird danach die Leistung des Brennkraft verdichters wieder erhöht, so nimmt die Treibgastemperatur zu. Sobald die Zündtem- peratur der mitgerissenen Kohlenwasser stoffe erreicht wird, setzt eine rasche Ver brennung der in der Treibgasleitung an gesammelten Ölreste ein.
Da die angesam melte Menge bei längerem Betrieb mit klei ner Belastung aus vielen Arbeitsspielen der Brennkraft-Freikolbenmaschine stammt, kann es sich um eine grössere Menge handeln, die nun plötzlich verbrennt und sehr viel Wärme erzeugt.
Die Wärmeaufnahmefähigkeit des Treibgases in der Treibgasleitung, bezw. im Treibgasbehälter ist wegen der verhältnis- mässig kleinen Gasmenge nur gering, so dass infolge dieser raschen Verbrennung eine ausserordentliche Temperatursteigerung ein tritt, welche die Turbinenschaufelung in nachteiliger Weise beeinflussen und zu einer frühzeitigen Zerstörung Anlass geben kann.
Ferner tritt beim Versagen der Luftver dichtung, zum Beispiel infolge Steckenblei- bens eines Ventils, im Brennkraftzylinder der Brennkraft-Freikolbenmaschine ein Brenn stoffüberschuss auf und unverbrannter Brenn stoff geht mit den Treibgasen ab. Auch der wird sich in der Treibgasleitung ansammeln, so dass, wenn die Störung am Verdichter wieder behoben ist, die gleiche Gefahr einer übermässigen Temperaturerhöhung der Treib gase entsteht, indem durch die höhere Gas temperatur in dem erneuten betriebsmässigen Luftüberschuss der Treibgase der angesam melte Brennstoff rasch verbrennt.
Die Erfindung bezweckt, die Betriebs sicherheit zu erhöhen durch eine Einrich tung, die die Temperatur des Treibgases derart regelt, dass diese die dem Treibgas druck entsprechende Selbstentzündungstem- peratur der mit dem Treibgas mitgerissenen Kohlenwasserstoffe nicht unterschreitet.
Diese Einrichtung kann in Abhängig keit von einer Betriebsgrösse des Treibgas verbrauches zum Beispiel eine Regelung der Luftzufuhr zum motorischen Teil der Brenn- kraft-Freikolbenmaschine, eine Vorwärmung der vom Verdichterteil angesaugten Luft, zum Beispiel durch die Abgase einer von den Treibgasen angetriebenen Gasturbine oder eine Wärmezufuhr zum Treibgas bewirken.
Auf der Zeichnung sind Ausführungs beispiele der Erfindung schematisch darge stellt.
Fig. 1 zeigt eine Regelung der Luft zufuhr zur Freikolbenmaschine; Fig. 2 stellt ein Regulierdiagramm die ser Maschine dar; .
. Fig. 3 zeigt für eine Maschine mit meh reren Zylindereinheiten eine Einrichtung zum Abschalten einzelner Zylindereinheiten in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse des Treibgasverbrauches; Fig. 4 zeigt eine Anlage mit Regelung der obern Temperaturgrenze, und Fig. ' 5 die Zusammenschaltung von einer Brennkraft-Freikolbenmaschine und einer Brennkraftmaschine, die Leistung an einer Kurbelwelle abgibt, mit einer beiden gemein samen Gasturbine;
Fig. 6 und 7 zeigen Diagramme der Lei stungsverteilung und des Temperatur- und Druckverlaufes für eine Anlage nach Fig. 5.
Die Brennkraft-Freikolbenmaschine 1 in Fig. 1 hat einen Brennkraftzylinder 2 zwi schen zwei Verdichterzylindern 3 und zwei gegenläufig arbeitende Freikolben 4, deren Gegenläufigkeit durch ein nicht gezeichnetes mechanisches oder hydraulisches Synchroni- siergestänge aufrecht erhalten wird. Die von den Verdichterzylindern 3 angesaugte Luft wird mittels der Leitung 5 den Einlassschlit- zen -6 des Brennkraftzylinders 2 zugeführt.
Die 'Treibgase gelangen über die Auslass- schlitze 7 in die Treibgasleitung 9. Der Brennstoff wird dem Brennkraftzylinder 2 durch .die Pumpe 10, deren Plunger 11 von dem mit dem obern Freikolben 4 verbunde nen Antrieb 12 betätigt wird, über das Brennstoffventil 13 zugeführt. An die Treib- gasleitung 9 ist die Gasturbine 14 ange schlossen, welche den Generator 15 antreibt.
Der Fliehkraftregler 17 der Gasturbine 14 verstellt mittels des Hebels 18, der Stange 19 und des Hebels 20 das Regelorgan der Brennstoffpumpe, zum Beispiel ein Über- strömventil, in dem.Sinne, dass bei abnehmen dem Kraftbedarf des Generators 15 und zu nehmender Drehzahl der Turbine 14 der Regler 17 die Brennstoffzufuhr zum Brenn- kraftzylinder 2 verringert und umgekehrt.
Bei Verringerung der Belastung der Gas turbine 14 und der Freikolbenmaschine 1 nimmt zunächst der Druck des Treibgases und damit auch die Temperatur in der Treib gasleitung 9 ab. An die Leitung 9 ist mittels des Rohres 21 der Regelzylinder 22 ange schlossen, in dem der Kolben 23 arbeitet. Infolge der Abnahme des Treibgasdruckes bewegt sich der Kolben 23 von seinem An schlag 24 nach links, weil die Kraftwirkung der Feder 25 nunmehr den Treibgasdruck auf der Fläche dest Kolbens 23 überwiegt. so dass über das Gestänge 27 die Klappe 28 im Abblasestutzen 29 der Druckluftleitung 5 geöffnet wird.
Dadurch nimmt der Luft- überschuss im Brennkraftzylinder 2 ab. Die verringerte Luftmenge bei unveränderter Brennstoffzufuhr ergibt eine Temperatur erhöhung in der Treibgasleitung 9. Während bei der allgemeinen Leistungsregelung der Gasturbine 14 Druck und Temperatur des Treibgases sich gleichzeitig ändern können, ergibt sich durch diese zusätzliche Regelung durch den Kolben 23, dass die Temperatur des Treibgases einen eingestellten Grenzwert nicht unterschreitet. Dieser Grenzwert kann mittels des Handrades und der Schrauben spindel 30 eingestellt werden, mit denen die Spannung der Feder 25, bei welcher der Kol ben 23 auf den Anschlag 24 auftrifft, ver ändert werden kann.
Je nach der Spannung der Feder 25 beginnt daher die zusätzliche Regelung bei höherem oder bei niedrigerem Druck zu arbeiten, so dass dementsprechend die untere Temperaturgrenze höher oder tie fer liegt.
Die Kurve in Fig. 2 stellt den Verlauf der Temperatur der Treibgase vor der Gas turbine, über der Belastung der Brennkraft- Freikolbenmaschine für eine bestimmte Stel lung der Schraubenspindel 30 dar. Bei Ver kleinerung der Belastung sinkt die Tempe ratur des Treibgases und beim Punkt A, der einer Belastung von zirka 45% entspricht, beträgt die Temperatur nur noch 200 C, die zum Beispiel als untere Temperaturgrenze eingehalten werden soll. Sinkt die Belastung noch tiefer, so öffnet der Kolben 23 die Klappe 28 und verhindert damit, dass die Temperatur des Treibgases unter 200' sinkt.
Kann die allgemeine Belastungsregelung die Belastung der Brennkraft-Freikolbenmaschine nur bis auf den Wert von 45 % vermindern, so ist ein Unterschreiten der untern Tempe raturgrenze von 200 C verhindert. Bei einer Brennkraft-Freikolbenmaschine mit mehreren Zylindereinheiten, die Brennkraft- und Ver- dichterzylinder aufweisen, ergibt sich daher folgende einfache Einrichtung zur Regelung der Temperatur der Treibgase. In Fig. 3 sind der Einfachheit halber von einer Maschine mit drei Zylindereinheiten, welche gemeinsam einer Gasturbine Treibgas liefern, nur die Brennstoffpumpen 10a-c dargestellt.
Die Kolben 11 der Brennstoff pumpen 10a-c werden ebenso wie in Fig. 1 je mittels einer Antriebsschiene 12 von einem Freikolben angetrieben. Die drei Pumpen loa-c weisen eine gemeinsame Füllungs regelung auf, indem die Verstellwelle 31, die zum Beispiel von einem nicht gezeichneten Leistungsregler der Gasturbine aus über die Stange 32 und den Hebel 33 in Abhängig keit von der Drehzahl der Gasturbine ein gestellt wird und auf die Regelorgane der Brennstoffpumpen loa-c einwirkt. Dies kann zum Beispiel geschehen, indem der Drehpunkt eines Hebels,
'der das Überström- oder Saugventil je einer Pumpe 10 zur Mengenbemessung betätigt, mittels auf der Verstellwelle 31 aufgekeilter Exzenter ver lagert wird.
Zur Verminderung der Füllung der Brennstoffpumpen 10a-c wird die Welle 31 im Uhrzeigersinn gedreht und der Stellung I ihres Hebels 33 entspreche zum Beispiel eine Belastung von 45 % für jede der drei Zylindereinheiten. Auf der Welle 31 ist ferner eine Nockenscheibe 34 befestigt, die in der Stellung I des Hebels 33 die Kontakt feder 35 herunterdrückt. Dadurch wird der Stromkreis 36 des Steuermotors 37 geschlos sen. Der letztere verschiebt den Kolbenschie ber 38 nach rechts, der dabei je nach seiner Stellung die am Zylinder 39 angeschlossenen Saugleitungen 40a und 40b von dem gemein samen Saugrohr 41 abschaltet, an welche die Saugleitung 40c unmittelbar angeschlossen ist.
In der Stellung II des Hebels 33, in wel cher bei den Brennstoffpumpen 10a-c die volle Füllung eingestellt wird, hebt der Nocken 34 eine zweite Kontaktfeder 42, die den Stromkreis 43 des Steuermotors 37 schliesst, der durch Wechsel der Drehrich tung den Kolbenschieber nach links schiebt. Das linke Ende des Kolbenschiebers 38 steuert die Druckluftzufuhr zum Anlassen der Zylindereinheiten. Die Luft gelangt aus der Leitung 44 hinter den Kolbenschieber 38 im Zylinder 45 und durch die Bohrung 46 in die Ringnut 47, die abwechselnd die Leitungen 48a und 48b mit der Leitung 44 verbindet. Letztere hat ein vom Hebel 33 be tätigtes Abschlussorgan 49.
Die Wirkungsweise ist die folgende: Bei voller Belastung der drei Zylinder einheiten befindet sich der Hebel 33 in der Stellung II und der Schieber 38 in seiner äussersten Lage links, so dass alle Saugleitun gen 40 mit dem Saugrohr 41 verbunden sind. Bei einer Belastungsverminderung dreht sich die Welle 31 und verringert zunächst bei allen drei Zylindereinheiten die Füllung, bis diese nur noch 45 ,wo beträgt.
Nach Schliessen des Stromkreises 36 in der dieser Füllung entsprechenden Stellung I des Hebels 33 ver schiebt der Steuermotor 37 den Kolbenschie ber 38 nach rechts und schliesst damit die Saugleitung 40a ab, so dass die Brennstoff pumpe 10a nicht mehr fördert und die ihr zugehörige Zylindereinheit abgestellt wird. Damit ist die gezeichnete Stellung des Kol benschiebers 38 erreicht, in der nur noch zwei Zylindereinheiten Treibgas liefern. Nun ist aber die Belastung der zwei Zylinderein heiten bei 45% nur noch<B>30%</B> der Gesamt belastung, so dass die Leistung der Gastur bine zu klein ist und ihre Drehzahl rasch zu rückgeht.
Infolgedessen dreht der Regler die Welle 31 mit dem Hebel 33 aus der Lage I nach unten und vergrössert die Brennstoff- förderung der Brennstoffpumpen 10b und<B>10e,</B> während die Nockenscheibe 34 die Kontakt feder 35 freigibt und der Stromkreis 36 unterbrochen wird, so dass der Steuermotor 37 stillsteht und der Kolbenschieber 38 in seiner Lage verharrt.
Sinkt die Belastung der Gasturbine unter 30 % der Gesamtbelastung, so sinkt die Be lastung jeder der beiden im Betriebe ge bliebenen Zylindereinheiten unter 45 r o, so dass der Hebel 33 wiederum in die gezeich nete Lage I gelangt. Durch erneutes Schlie ssen des Stromkreises 36 wird der Schieber 38 noch weiter nach rechts verschoben und die Saugleitung 40u von dem Saugrohr 41 abgeschlossen. Sobald die der Pumpe lob zu geordnete Zylindereinheit stillsteht, muss die Belastung der der Pumpe 10c entsprechenden Zylindereinheit erhöht werden, da sie bei 45% Füllung nur noch<B>1,5%</B> der Gesamt belastung beträgt.
Der Hebel 33 senkt sich wiederum aus der Stellung I nach unten und vergrössert nur noch die Füllung der Brenn- stoffpumpe 10c der noch im Betriebe geblie benen Zylindereinheit. Die Belastung der Gasturbine kann bis auf 15 % sinken, ohne dass die Belastung dieser Zylindereinheit unter 45 % sinkt und die untere Grenze der Treibgastemperatur unterschritten wird. Bei weiterer Abnahme der Belastung der Gas turbine wird auf andere Weise, zum Bei spiel wie bei der Maschine gemäss Fig. 1, verhindert, dass die Treibgastemperatur wei ter sinkt.
Das ist nicht nötig, wenn die Teil last, bei welcher die Treibgastemperatur an der untern Grenze ist, die Belastung der gan zen Maschine im Leerlauf darstellt, sei es dass diese entsprechend viele Zylindereinhei ten besitzt, oder dass die Leistungen ihrer Zylindereinheiten entsprechend abgestuft sind. Bei vier Zylindereinheiten ist die Brennstoffpumpe 10c auch über den Zylin der 39 an das Saugrohr 41 und nur die vierte Brennstoffpumpe unmittelbar an diese angeschlossen.
Im Leerlauf ist nur eine Zylindereinheit in Betrieb und der Steuerschieber 38 ist in der äussersten Endlage rechts, wo er die bei den Saugleitungen 10a und 10b von dem Saug rohr 41 trennt. Bei zunehmender Belastung der Gasturbine wird zunächst die Füllung der Pumpe 10c bis zur vollen Belastung der zugehörigen Zylindereinheit vergrössert, wo bei der Hebel 33 bis in die Lage II gedreht wird. Dann hebt .die Nockenscheibe 34 die Kontaktfeder 42 an und schliesst den Strom kreis 43. Infolgedessen läuft der .Steuermotor 37 und schiebt den Kolbenschieber 38 nach links, so dass dieser im Zylinder 45 die Lei tung 48b und im Zylinder 39 die 'Sauglei tung 40b der Pumpe lob öffnet.
Gleichzeitig mit dem Schliessen des Stromkreises 48 hat der Hebel 33 das Abschlussorgan 49 geöffnet, so dass Druckluft aus der Leitung 44 durch die Leitung 48b in die nicht gezeichnete An- lassvorrichtung für die von der Brennstoff pumpe 10b gespiesene Zylindereinheit ge langt und ihre Freikolben in Bewegung setzt. Infolgedessen betätigt der Antrieb 12 der Brennstoffpumpe 10b den Plunger 11, die Brennstoffpumpe 10b fördert bei nun mehr geöffneter Saugleitung 40b Brennstoff und die ihr zugeordnete Zylindereinheit springt an.
Da die erforderliche Leistung der Gasturbine zunächst nur zirka '/3 der Ge samtleistung beträgt, und die beiden Zylin dereinheiten bei voller Füllung 2/z, der Ge samtleistung liefern, senkt sich der Hebel 33 nach dem Ingangsetzen der zweiten Zylin dereinheit infolge der Drehzahlsteigerung der Gasturbine, verringert die Brennstoff füllung der beiden Motoren und stellt sich in eine Lage zwischen II und I ein.
Bei weiterer Steigerung der Belastung der Gas turbine wird der Hebel 33 wiederum die Stellung II erreichen, den Stromkreis- 43 schliessen, den Steuermotor 37 einschalten und das Absperrorgan 49 öffnen. Infolge dessen wird der Kolbenschieber 38 in die linke Endlage verschoben, so dass die dritte Zylindereinheit, welche der Pumpe 10a zu geordnet ist, über die Leitung. 48a an die Druckluftleitung 44 angeschlossen und. durch ihre Anlassvorrichtung in Gang gesetzt wird. Gleichzeitig ist die Saugleitung 40a vom Schieber 38 abgedeckt worden.
Jetzt ist bei geöffneter Leitung 48a die Leitung 48b ge schlossen. so dass die Anlassvorrichtung der zweiten Zylindereinheit ohne Anlassdruck- luft bleibt.
Nach Fig. 4 wird die in den aus der Turbine 14 austretenden Abgasen enthal tene Wärme in dem Abgaskessel 50 zur Dampferzeugung ausgenutzt. Die Abgase strömen durch die Heizrohre 51 und geben ihre Wärme an das in dem Kesselraum 52 vorhandene Wasser ab, das erwärmt und ver dampft -wird. Das Speisewasser wird mittels der Speisepumpe 53 in den Kesselraum 52 gedrückt und der Dampf strömt aus dem Ab gaskessel 50 durch die Dampfleitung 54 über den Drehschieber 59 zur Dampfturbine 55, die den Generator 56 antreibt.
Von der Lei tung 54 zweigt die Leitung 58 ab, die in mehrfachen Windungen in der Treibgas druckleitung 9 angeordnet ist und zum Drehschieber 59 führt, der den Durchfluss durch die Leitungen 54 und 58 regelt. Der Kolben 60 im Zylinder 61 stellt den Schie ber 59 ein und wird einerseits durch die Feder 62, anderseits durch den Druck der Druckflüssigkeit im Zylinder 61 belastet. Der Schieber 63, dessen Stellung durch den Thermostaten 65 geregelt wird, steuert den Zutritt von Druckflüssigkeit durch den Stutzen 66 zum Zylinder 61 und ihren Ab fluss aus diesem Zylinder.
Die Einrichtung, die verhindert, dass die Treibgastemperatur unter die Selbstzün- dungstemperatur der im Treibgas mitgeris senen Kohlenwasserstoffe sinkt, ist nicht ge zeichnet in F'ig. 4.
Durch die Rohrwindungen der Leitung 58 in der Leitung 9 wird dem Treibgas umso mehr Wärme entzogen, je mehr Dampf durch die Leitung 58 durchgelassen wird, das heisst je mehr der Schieber 59 die Lei tung 58 öffnet und die Leitung 54 schliesst. Der Thermostat 65 wird so eingestellt, dass er beim Überschreiten der obern Temperatur grenze durch Anheben des Steuerschiebers 63, .den Abfluss der Druckflüssigkeit im Zy linder 61 freigibt. Dann geht der Kolben<B>60</B> unter dem Einfluss der Feder 62 nach rechts und dreht den Schieber 59 im Uhrzeiger sinn.
Hat der .Schieber 59 bis jetzt die Lei tung 58 abgesperrt, so wird sie geöffnet und die überschüssige Wärme des Treibgases vom Dampf'aufgenommen. Sinkt,die Tempe ratur des Treibgases unter eine am Thermo stat 65 eingestellte untere Temperaturgrenze so senkt der Thermostat den Steuerschieber 63 und dieser öffnet den Zufluss der Druck flüssigkeit aus der Leitung 66 zum Zylinder 61. Dadurch wird der Kolben 60 nach links geschoben, die Feder 62 zusammengedrückt und mittels des Schiebers 59 der Dampf durchtritt durch die Leitung 58 gedrosselt.
Die Brennkraft-Freikolbenmaschinenan- lage nach Fig. 5 weist ausser der Brennkraft- Freikolbenmaschine 1 eine Brennkraftma- schine 70 mit einer Kurbelwelle auf, welche über das Getriebe 71 zusammen mit der Gas turbine 14 den Generator 15 antreibt.
Die Brennkraftmaschine 70 erhält ihre Verbren- nungsluft aus der Druckluftleitung 5 und liefert gemeinsam mit der Brennkraft-Frei- kolbenmaschine 1 Treibgas über die Druck leitung 9 in die Turbine 14.
Die Leistungs- regelung der Anlage geht von dem Turbinen regler 17 aus, der über den Hebel 18 und die Stange 19 sowohl mit dem Hebel 20 das Regelorgan der Brennstoffpumpe 10 des Brennkraftzylinders 2 der Brennkraft-Frei- kolbenmaschine 1, als auch die Drosselklappe 72 im Ansaugstutzen 73 der beiden Verdicb- terzylinder 3 der Brennkraft-Freikolbenma- schine 1 so betätigt,
dass bei abnehmenden Kraftbedarf des Generators 15 infolge stei gender Drehzahl der Turbine 14 die Brenn stoffüllung des Brennkraftzylinders 2 und die von den Verdichterzylindern 3 ange saugte Luftmenge verringert wird.
In Fig. 5 wird der Kolben 75, dessen Zylinder 76 an die Druckluftleitung 5 an geschlossen ist, auf der obern Seite durch Druckluft belastet, während auf der andern Seite die Feder 77 dem Druck der Druckluft das Gleichgewicht hält. Infolgedessen hat der Kolben 77 je nach dem Druck der Druckluft eine verschiedene Stellung im Zylinder 76. Der Kolben 77 bewirkt die Einstellung eines nicht gezeichneten Regelorganes der Brenn stoffpumpe 78 der Brennkraftmaschine 70 derart, dass die Zunahme der Füllung pro portional der Zunahme des Druckes in der Leitung 5 verändert wird.
Bei sinkendem Kraftbedarf des Genera- tors 15 erhöht sich zunächst die Drehzahl von Turbine und Brennkraftmaschine und der Regler 17 verringert die Brennstoffzu fuhr durch die Pumpe 10, und damit die Füllung und die Leistung der Brennkraft- Freikolbenmaschine, gleichzeitig wird die Klappe 72 mehr zugemacht. Infolge der ver ringerten Leistung der Brennkraft-Freikol- benmaschine 1 verkleinert sich deren Hub zahl und Druck und Menge der von den Ver dichtern 3 gelieferten Luft nehmen ab.
In folge der Abnahme des Druckes in der Lei tung 5 bewegt sich der Kolben 75 nach oben und verkleinert die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 70. Daher nimmt sowohl die Treibgasmenge, als auch der Treibgas druck in der Leitung 9 ab und die Leistung der Gasturbine verringert sich dementspre chend. Auch die Leistung der Brennkraftma- schine 70 ist kleiner und die Gesamtleistung der beiden entspricht dem verringerten Kraftbedarf des Generators 15.
Die Temperatur des Treibgases, die mit der Gesamtleistung von der Brennkraft-Frei- kolbenmaschine 1 und der Brennkraftma- schine 70 variiert, ist - abhängig von dem Luftüberschuss in beiden. Je geringer der Leistungsanteil der Brennkraft-Freikolben- maschine an der momentanen Gesamtlei stung, umso geringer ist die geförderte Luft menge.
Für einen bestimmten Kraftbedarf des Generators 15 ist eine bestimmte Brenn stoffmenge erforderlich, die sich auf die Brennkraft-Freikolbenmaschine 1 - und die Brennkraftmaschine 70 verteilt. Je kleiner die Teilleistung der Brennkraft-Freikolben- maschine 1, umso grösser ist die Teilleistung der Brennkraftmaschine 70.
Bei Abnahme der Luftmenge, bezw. des Luftüberschusses, und gleichbleibender Gesamtbrennstoffzufuhr nimmt die Treibgastemperatur zu, und zwar kann die Temperatur der Treibgase der Brennkraft-Freikolbenmaschine 1 infolge der Verringerung der Brennstoffzufuhr auch bei Verkleinerung der Luftmenge etwa gleich bleiben, dagegen erhält die Brennkraftma- schine 70 weniger Luft und mehr Brenn stoff,
so dass eine Erhöhung der Treibgas temperatur im wesentlichen durch die höhere Temperatur der Abgase der Brennkraftma- schine 70 verursacht wird.
Um nun bei kleinen Belastungen ein Ab sinken der Temperatur unter die zulässige Grenze zu vermeiden, wird das Verhältnis der Brennstoffzufuhr zur Brennkraft-Frei- kolbenmaschine 1 und der Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 70 so eingestellt, dass bei kleineren Belastungen die Brenn- kraftmaschine 70 einen grösseren prozen tualen Anteil der Gesamtleistung liefert als bei höheren Belastungen.
In Fig. 6 ist über der Basis der effek tiven Gesamtleistung Ne der Anlage als Or dinate der indizierte Leistungsanteil D der Brennkraftmaschine 70 aufgetragen, wo durch sich die Kurve d ergibt. Über der Kurve d ist der prozentuale Leistungsanteil F der Brennkraft-Freikolbenmaschine 1 auf getragen, wodurch die Kurve g entsteht.
Im Leerlauf leistet die Brennkraftmaschine 70 zirka zwei Drittel und die Brennkraft-Frei- kolbenmaschine 1 weniger als einen Drittel der Gesamtleistung, bei Vollast dagegen die Brennkraftmaschine 70 nur zirka einen Drit tel, während die Brennkraft-Freikolbenma- schine 1 mehr als zwei Drittel liefert.
Durch diese Änderung des Verhältnisses der Lei stung .der Brennkraft-Freikolbenmaschine 1 und der Leistung der Brennkraftmaschine 70, bezw. des Verhältnisses der Brennstoff zufuhr zu beiden Maschinen ergibt sich dann ein Temperaturverlauf der Treibgase zwi- sehen Leerlauf und Vollast nach .der Kurve t in Fig. 7, gemäss welcher die Temperatur im Leerlauf etwa bei 300 C, also weit über der Zündtemperatur der mit dem Treibgas mitgerissenen Kohlenwasserstoffe liegt. Die obere Temperaturgrenze ergibt sich durch die Temperatur bei Vollast, die etwa 450 C beträgt.
Der grössere prozentuale Leistungs anteil der Brennkraft-Freikolbenmaschine 1 bei Vollast und der sich daraus ergebende grössere Luftüberschuss bewirkten, ,dass die Temperatur bei Vollast in mit Bezug auf die Materialfestigkeit der,Schaufelung der Gas turbine zulässigen Grenzen bleibt.
Die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftma- schine 70 könnte auch in Abhängigkeit von dem Treibgasdruck geregelt werden, der sich gemäss der Kurve p in Fig. 7 einstellt. Dann stellen sich bei den zwischenliegenden Be lastungen Temperaturen zwischen den Tem peraturen bei Leerlauf und Vollast ein. Bei gleicher Tourenzahl bleibt der Luftbedarf der Brennkraftmaschine 70 in mg, entspre chend dem gleichbleibenden Kolbenhubraüme, annähernd gleich, dagegen nimmt das Ge wicht der von der Brennkraftmaschine 70 verbrauchten Luft in kg prozentual mit dem Druck zu.
Wird daher die Füllung der Brennkraftmaschine 70 proportional der Druckänderung in der Leitung 5 geregelt, das heisst ändert sich die Leistung der Brenn kraftmaschine 70 zwischen Leerlauf und Voll- last in gleichem Masse wie der Luftdruck, so ergibt sich für die Brennkraftmaschine 70 der Vorteil eines konstanten Verhältnisses von Brennstoffüllung zu Luftgewicht und eine maximale Ausnutzung der in der Brenn kraftmaschine 70 verfügbaren Verbrennungs luft bei allen Belastungen.
Zur Einhaltung der untern Temperatur grenze kann eine besondere Wärmezufuhr zum Treibgas in Abhängigkeit von einer Be triebsgrösse des Treibgasverbrauches vorge sehen sein, indem ein in .der TreibgasdTuck- leitung eingebauter Brenner mit zusätz lichem Brennstoff gespiesen wird. Luft zum Verbrennen dieses Brennstoffes wird im allge meinen wegen des beträchtlichen Luftüber schusses in genügendem Masse vorhanden sein.
Die Regelung der zugeführten Brenn stoffmenge kann in Abhängigkeit von der Temperatur des Treibgases oder des Druckes des Treibgases erfolgen, oder es kann diese Regelung von einem Drehzahlregler einer von der Brennkraft-Freikolbenmaschine mit Treibgas versehenen Gasturbine abgeleitet werden. Bei der periodischen Lieferung des Treibgases durch die Brennkraft-Freikolben- maschine jeweils während des Auspuffes kann mittels einer periodischen Zufuhr von zusätzlichem Brennstoff eine gleichmässigere Treibgastemperatur erreicht werden.
Die Periode der zusätzlichen Brennstoffzufuhr beginnt zweckmässig jeweils mit dem Aus lass des Brennkraftzylinders, weil die an sich schwankende Temperatur des Treibgases zu Beginn des Auslasses am höchsten ist. und eine sichere Zündung des zusätzlichen Brenn stoffes gewährleistet.
Dann wirkt die mit dem Beginn der zusätzlichen Brennstoffzu fuhr einsetzende Erwärmung des Treibgases dem durch die Entspannung der Treibgase im Brennkraftzylinder bewirkten Tempera turfall entgegen. Ist dagegen der Luftüber- schuss nicht allzu gross, so ist es.
vorteilhaft, wenn die zusätzliche Brennstoffzufuhr wäh rend der Nachspülung des Brennkraftzylin- ders erfolgt, weil dann die aus dem Brenn- kraftzylinder austretenden Treibgase am sauerstoffreichsten sind, so dass dann eine vollständige Verbrennung des. zusätzlichen Brennstoffes sichergestellt ist.
Sowohl wegen der Schwankungen des. Luftüberschusses in den Treibgasen, als auch weil die Flamme eines in der Treibgasleitung angeordneten Brenners ausgelöscht werden könnte, ist zweckmässig ein besonderer an die Treibgas druckleitung angeschlossener Brennraum vor gesehen, in welchem der zusätzliche Brenn stoff mit einem Teil der verdichteten Luft verbrannt wird, die von der Druckluftleitung unter Umgehung des Brennkraftzylinders zu geführt wird. Die Verbrennungsgase werden nachher mit. dem Treibgas gemischt.
Dies ermöglicht eine Sicherstellung der Verbren nung, die noch zum Beispiel durch in diesem Brennraum angeordnete Glühkörper oder eine Vorwärmung des zusätzlichen Brennstoffes verbessert, werden kann. Die Zufuhr des zu sätzlichen Brennstoffes erfolgt zweckmässi- gerweise beim Austritt der Luft in die Treib gasleitung und ist .dem Treibgasstrom vor teilhafterweise entgegengerichtet, um eine gute Vermischung und eine gleichmässige Erwärmung der Treibgase zu erhalten.
Schliesslich kann die Temperatur der Treib gase auch .dadurch über der zulässigen un tern Grenze gehalten werden, dass. die vom Verdichterteil der Brennkraft-Freikolbenma- schine angesaugte Luft vorgewärmt wird, zum Beispiel durch die Abgase der Gastur bine; die Höhe der Vorwärmung kann ent sprechend einer Betriebsgrösse des Treibgas verbrauches geregelt werden.
Anstatt die Temperatur der zum Speisen einer Gasturbine dienenden Treibgase erst beim Unterschreiten der Zündtemperatur der mit dem Treibgas mitgerissenen Kohlen wasserstoffe zu erhöhen und beim Über schreiten der der Materialfestigkeit der Tur- binenschaufelung entsprechenden obern Tem peraturgrenze zu erniedrigen, können die bei den Grenzen zusammengelegt werden, so dass die Treibgase auf konstante Temperatur vor der Gasturbine geregelt werden. Wenn die Treibgase unabhängig von der Belastung mit stets gleicher Temperatur in die Gasturbine eintreten, ergibt sich der Vorteil, dass das Spiel zwischen 'Sehaufelung und Gehäuse, sowie auch in den Dichtungen sich nicht ändert.
So wird eine Zunahme der Leck verluste bei Abnahme der Leistung der Gas turbine, infolge Vergrösserung der vorge nannten Spiele durch kühlere Gase ver mieden.