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.