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Verfahren zum Betriebe von Verpuffungsbrennkraftturbinen mit Kohlenstaub
unter Zusatz eines Zündbrennstoffes Verfahren zum Betriebe von Brennkraftmaschinen
mit Kohlenstaub unter Zusatz eines Zündbrennstoffes sind bekannt. Nach den bekannten
Verfahren wird der Zündbrennstoff, soweit es sich um Verpuffungsverfahren handelt,
entweder in dem Zeitpunkt eingeführt, in dem der Eintritt der Verpuffung beabsichtigt
ist, oder die Ein, führung des Zündbrennstoffes erfolgt gleichzeitig und zusammen
mit dem Betriebsstoff; schließlich ist die gleichzeitige Anwendung beider Verfahren
vorgeschlagen worden. Die bekannten Verfahren haben jedoch erhebliche Nachteile.
Bei dem ersten Verfahren muß die gesamte Zündbrennstoffmenge unmittelbar im Augenblick
der Verpuffung in die Verbrennungskammer eingespeist werden. Es ist unmöglich, in
derart kurzen Zeiten die gesamte Füllung der Verpuffungskammer mit Zündbrennstoff
und dementsprechend eine gute Mischung zwischen Kohlenstaub und Zündbrennstoff zu
bewirken. Es treten also Teilverbrennungen und Nachbrennungen in gewissen Zonen
auf, so daß sich der Verbrennungsvorgang unregelmäßig abwickelt und Aussetzer unvermeidlich
werden. Wird dagegen das Verfahren nach der zweiten oder dritten Art ausgeübt, so
besteht die erhebliche Gefahr, daß sich der Zündbrennstoff schon verhältnismäßig
früh an einzelnen von der vorhergehenden Verpuffung in der Verbrennungskammer zurückgebliebenen
glühenden oder schwelenden Kohlenstaubteilchen entzündet und auf diese Weise eine
Vorzündung stattfindet. Diese Vorzündung ist nicht nur betriebsnachteilig, sondern
sie ist auch wirkungslos, weil nur der geringe, in die Verpuffungskammer bis zur
Vorzündung eingespeiste Teil der Kohlenstaubladung verbrennt und die so entstandene
schwache Verbrennung einen entsprechend geringen Verpuffungsdruck und eine wirkungslose
Beaufschlagung des Turbinenlaufrades zur Folge hat.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile. Die Erfindung
besteht darin, daß der Zündbrennstoff in die Verpuffungskaminer nach Beginn der
Kohlenstaubladung eingeführt und die Einführung vor der Fremdzündung des Gemisches
beendet wird. Das neue Verfahren weist also den Fortschritt auf, daß einerseits
eine genügend lange Zeit zur Einführung des Zündbrennstoffes in die Verbrennungskammer
zur Verfügung steht, so daß die Bildung eines die gesamte Verbrennungskammer erfüllenden,
gleichmäßig zündfähigen Gemisches ermöglicht wird; andererseits ist die Gefahr,
daß der Zündbrennstoff mit glühenden Kohlenstaubteilchen in Berührung kommt und
die unfertige Ladung zur Entündung bringt, wesentlich verringert, wenn z. B. der
größte Teil der Kohlenstaubladung schon eingeführt ist, ehe die Einführung des Zündbrennstoffes
beginnt. Es ist zwar schon bekannt, bei Dieselmaschinen den schwer zündenden Brennstoff
vor dein leicht zündenden einzuführen. Das dort vorgeschlagene Verfahren dient jedoch
lediglich einer Aufbereitung des schwer zündenden Brennstoffes, um eine Entzündung
im Totpunkt mit Sicherheit herbeiführen zu können. Die gemäß vorliegender Erfindung
erreichte
neue Wirkung in bezug auf die Leitung des Verpuffungsverfahrens wurde bei der bekannten
Maßnahme nicht erreicht.
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Die Zeichnung stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar.
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Abb. i zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch die gemeinsame Einführungsvorrichtung
für Kohlenstaub, flüssigen Brennstoff und Ladeluft einer Verpuffungsbrennkraftturbine.
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Abb. ia.zeigt eine Aufsicht auf die Schrägnockensteuerung der Kohlenstaubzumeßvorrichtung,
während Abb.2 einen Schnitt durch eine Verpuffungskaminer mit einer Außenansicht
auf die Brennstoffzuführungseinrichtung und ihre Steuerung in verkleinertem Maßstab
wiedergibt.
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Abb. 3 und 3a zeigen eine Ausbildung des Kohlenstaubverteilungsschiebers.
An den Hohlraum der Verpuffungskaminer v schließt sich ein Ventilgehäuse g an, das
einen Ventileinsatz a aufnimmt. In diesem sitzt axial verschiebbar das Ladeluftventil
b mit Ventilspindel c, welche auf der ganzen Länge von einer Bohrung za durchsetzt
ist. In die Bohrung ist im Innern des Ventilkegels b ein federbelastetes kleines
Ventil d eingesetzt; den Abschluß der Bohrung nach dem Inneren der Verpuffungskammer
zu bildet ein mit schräg gestellten Löchern versehener Stopfend'.
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Der Ventilschaft ist mit scheibenartigen Vorsprüngen c' versehen,
denen gegenüber sich Aussparungen im Ventileinsatz befinden. Der Ventilschaft ist
mit einem Kolben e verschraubt, der sich in einem Zylinder im äußeren Teil des Ventileinsatzes
dichtend führt. An die Bohrung n schließt sich die Brennstoffleitung n', an die
innere Höhlung des Ventileinsatzes der Stutzen r zur Zuführung von Ladeluft an.
Nach dem Innern der Verpuffungskammer setzt sich der Ventileinsatz in einen zylindrischen
Hals a' fort. Der Ventileinsatz ist nach außen durch einen Deckelf abgeschlossen,
so daß zwischen diesem und dem Kolben ein zylindrischer Raum für die Zuführung von
Steueröl verbleibt; das Steueröl wird durch den Stutzen q zugeführt, in den die
Steuerölleitung q' mündet. In das Innere des Ventileinsatzes mündet ferner ein Kanals;
er endigt in einer ebenen Fläche des Gehäuses g, auf welcher ein Schieber la gleitet.
Dieser wird durch einen Schieberdeckel i durch Federn angepreßt. Nach oben zu schließt
sich an den Kanal der Kohlenstaubbehälter t an. Der Schieber wird durch einen Winkelhebel
k gesteuert, und zwar durch eine Rolle, welche auf einer Nockenscheibe
L mit Nocken in anliegt.
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Die Wirkung dieser Teile ist die folgende: Solange noch kein Steuerdrucköl
hinter den Kolben e geleitet ist, wird er durch den Überdruck der höher als Atmosphärendruck
gespannten Ladeluft nach außen, das Ventil also auf seinen Sitz gedrückt. Wird nun
0ldruck hinter dem Kolben e durch den Stutzen q zugeführt, so bewegt sich der Kolben
nach links, das Ventil öffnet sich, Ladeluft tritt atls dein Zuführungsstutzen r
durch den Hohlraum des Ventileinsatzes und strömt durch das Ventil in die Verpuffungskaminer,
und zwar in einem ringzylindrischen Strahl, da sie zwischen dem zylindrischen Fortsatz
des Ventilkegels und dem hohlzylindrischen Fortsatz ä des Ventilsatzes geführt ist.
Bereits kurz vor der Öffnung des Ladeluftventils oder etwas später ist durch hin
und her gehende Bewegung des Schiebers h, hervorgerufen durch Einwirkung des Nockens
in auf den Winkelhebel h, eine abgemessene Menge Kohlenstaub aus dem Trichter t
in den Hohlraum des Ventileinsatzes a geworfen worden. Der Kohlenstaub wird von
der strömenden Ladeluft erfaßt und durch die Vorsprünge c' des Ventilschaftes c
innig in der Luft durchwirbelt und mit in die Verpuffungskammer gerissen. Nach Beginn
der Einströmung des Luftkohlenstaubgemisches wird durch das Rohr n' mittels einer
Brennstoffpumpe eine abgemessene Menge leicht zündbaren Brennstoffes in das Innere
des Ventilschaftes vorgeschoben; der Brennstoff strömt durch das Zündölventil d
und die Bohrungen d' des Abschlußstückes in kegelförmig gerichteten Strahlen in
den ringzylindrischen Luftschleier, mit dem er innig durchmengt wird. Nachdem die
Zuführung der Kohlenstaubladung und danach die Zuführung des Zündbrennstoffes beendet
ist, erfolgt die Zündung in der Verpuffungskaminer.
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Da zur Zündung der Kohlenstaubladung eine bestimmte kleine Menge des
Zündöles ausreichend ist, wird man vorteilhaft die Zündölpumpe vom Regler unabhängig
machen, dagegen die Steuerung des Schiebers, welcher die Kohlenstaubladung bestimmt,
durch den Regler beeinflussen lassen. Dies ist in der Zeichnung dadurch angedeutet,
daß der Nocken, wie Abb. ia erkennen läßt, als Schrägnocken ausgebildet ist und
auf einer mit Ringnut versehenen Hülse sitzt, die durch einen Regler verschoben
werden kann.
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Abb.2 zeigt in schematischer Darstellung die Gesamtanordnung der Teile
zueinander. Die Verpuff ungskalnmer v enthält das Spül-
luftventil x, das
Ladeluft-Zündöl-Kohlenstaubv entil g, das Düsenventil ,s und die Zündvorrichtung
y. Eine ölsteuerung tc versorgt durch die Leitung q' den Kolben des Ladeluftventils
und durch Leitung x' einen entsprechenden
Kolben des Spülluftventils
mit Drucköl, das zu bestimmten Zeiten zugelassen und durch Verbindung mit einer
Abflußöffnung wieder abgelassen wird.
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Eine Brennstoffpumpe o, angetrieben durch einen Nocken auf derselben
Steuerwelle, von der aus der Hebel k gesteuert wird, drückt zu bestimmter Zeit durch
Leitung p' die abgemessene Zündölmenge in das Ladeluftventil. Ladeluft strömt durch
das Rohr r' dem Stutzen r zu. Die Welle der Ülsteuerung und die Nockenwelle sind
zur Sicherung des zeitlichen Zusammenarbeitens (z. B. durch Kettenräder und Kette)
miteinander gekuppelt. Eine Verbindungsleitung t' zwischen der Ladeluftleitung r'
und dein Kohlenstaubbehälter t setzt diesen unter den gleichen Druck mit der Ladeluft,
damit das Durchschleusen des Kohlenstaubes durch den Schieber 1a nicht durch Überdruck
im Inneren des Ventileinsatzes aufgehalten wird. In dem bisher beschriebenen Beispiel
ist angenommen, daß die Steuereinrichtung zwischen dem Ventilraum und dem Kohlenstaubbehälter
in der einen Stellung diese beiden Räume miteinander verbindet, in der anderen Stellung
voneinander abschließt und daß während der Verbindungszeit eine gewisse Kohlenstaubmenge
hindurchfällt. Hierbei mußte vorausgesetzt werden, daß der Druck im Kohlenstaubbehälter
gleich oder um einen gewissen gleichbleibenden Betrag höher war als der Druck im
Ventilraum. Um die Kohlenstaubmenge unabhängig vom Druck im Behälter bemessen zu
können, kann statt dessen ein Durchschleusen des Kohlenstaubes in der Weise stattfinden,
daß die Steuereinrichtung einen Hohlraum enthält, der in der einen Stellung nur
mit dem Kohlenstaubbehälter, in der anderen Stellung nur mit dem Ventilraum in Verbindung
steht, und daß vor der Füllung bzw. der Entleerung des Kohlenstaubs ein Druckausgleich
mit dem betreifenden Raum vorgenommen wird. Abb.3 und 3a zeigen in zwei verschiedenen
Stellungen eine solche Anordnung der Steuereinrichtung. Die Ausflußöffnung des Kohlenstaubbehälters
t und die Einfüllöffnung s des Ventilraumes sind so gegeneinander versetzt, daß
der Füllkanal j im Schieber h beide Öffnungen in keiner Stellung gleichzeitig freigibt.
Es ist ferner rechts und links vom Füllkanal j des Schiebers ein Druckausgleichkanal
h' und h" vorgesehen. In der Stellung der Abb. 3 ist der Füllkanal j, mit Kohlenstaub
unter dem Druck des Behälters t gefüllt, auf dein `Fege in der Pfeilrichtung begriffen,
um in die Ausflußöffnung s entleert zu werden. Kurz bevor diese Entleerung stattfindet,
wird durch den Druckausgleichkanal lz" der Füllkanal j auf den Druck des
Ventilraumes gebracht, um die Entleerung zu erleichtern. Nachdem durch völlige Überdeckung
von Kanal j und Ausflußöffnung s die Entleerung stattgefunden hat und der entleerte
Schieber gemäß Abb.3a in der Pfeilrichtung zurückkehrt, wird der Druckausgleichkanal
h' mit dem Kohlentrichter t in Verbindung gebracht, um bei der nun
folgenden Überdeckung der beiden öffnungen j und t ein unbehindertes Einfließen
des Kohlenstaubes in den Kanal s zu ermöglichen.
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In den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Erfindung
wird der Kohlenstaub erst in dem Ladeluftventileinsatz mit der Ladeluft gemischt.
Es ist jedoch auch möglich, den Kohlenstaub mit der Ladeluft vor deren Eintritt
in den Ladeluftventileinsatz zu mischen.
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Es ist nicht unbedingt nötig, daß die zur Zerstäubung des Kohlenstaubes
benötigte Luft die Ladeluft ist; es kann auch von der Ladeluft gesonderte, z. B.
höhergespannte Luft zur Einführung des Kohlenstaubes benutzt werden. In diesem Falle
ist also ein besonderes Ventil zur Zuführung der Kohlenstaubverteilungsluft angeordnet.
Der Zündbrennstoff kann in diesem Falle ebenfalls durch das Kohlenstaubverteilungsluftventil
oder durch das Ladeluftventil eingeführt werden.