DE607685C - Method for operating deflagration chambers, in particular for internal combustion turbines - Google Patents

Description

Verfahren zum Betriebe von Verpuffungskammern, insbesondere für Brennkraftturbinen Es ist bekannt, daß die Zer stäubung flüssigen Brennstoffes um so besser bewirkt werden kann, je größer die Relativgeschwindigkeit zwischen. dem Brennstoff und dem Mittel ist, das zur Zerstäubung des Brennstoffes dienen soll. Die Relativgeschwindigkeit kann dabei zunächst durch Vergrößerung des Druckes, unter welchem der Brennstofft eingespritzt wird, gesteigert werden; man kann aber auch den Brennstoffträger, vorzugsweise also die Luft, mit gesteigerter Geschwindigkeit an der Einspritzstelle vorbeiführen. Üblicherweise macht man im Kolbenbrennkraftmaschinenbau lediglich von der ersten Maßnahme Gebrauch, während in der Brennkraftturbinentechnik hauptsächlich der zweite Weg beschritten worden ist, welcher den Vorteil hat, ohne die für den ersten Weg kennzeichnenden hohen Brennstoffpumpendrücke und die dadurch hervorgerufene Gefahr der Pumpenfederbrüche auskommen zu können. Die Geschwindigkeitssteigerung des Brennstoffträgers hat man in einfachster Weise dadurch bewirkt, daß man dem Strömungsweg die Form einer Venturidüse gab. Hierdurch wird bei verhältnismäßig geringem Druckverlust des Trägers, insbesondere der Luft, eine hohe Geschwindigkeit verwirklicht, da die zur Erzeugung dieser Geschwindigkeit erforderliche Energie in dem sich erweiternden Teil der Venturidüse größtenteils zurückgewonnen wird. Ein gewisser Druckabfall ist natürlich unvermeidlich. Dieser Druckabfall. der bei schwer zu zerstäubenden bzw. zu vergasenden Brennstoffen größer ist als bei leichter zu zerstäubenden bzw. zu vergasenden Brennstoffen, kann ohne weiteres verwirklicht. werden, wenn ein Nachladeverfahren zur Anwendung gelangt. Bei diesem Verfahren wird nämlich zur Ersparung von Verdichtungsarbeit die Verpuffungskammer mit Luft niedrigen Druckes (Spülluft) ausgespült und dann bei geschlossenen Kammerauslaßorganen mit hoher gespannter Luft (Ladeluft) nachgeladen. Die bei dieser Nachladung einströmende Luft besitzt höheres Druckgefälle gegenüber der die Kammer erfüllenden Spülluft, so daß bei Beginn der Nachladung eine hohe Luftgeschwindigkeit zur Zerstäubung des Brennstoffes zur Verfügung steht. Für die Wirtschaftlichkeit des Nachladens ist aber das Gefälle zwischen dem Gegendruck hinter dem Auslaßorgan, bei Brennkraftturbinen insbesondere hinter der diesem nachgeordneten Düse, und dem Spülluftdruck wesentlich. Um den Leistungsaufwand für die Spülluftverdichtung zu verringern, hat man das Bestreben, dieses Gefälle klein zu halten. Die Geschwindigkeit des von der Spülluft ausgetriebenen Feuergasrestes wird damit vermindert und die Verdrängungszeit verlängert, die Anzahl der Spiele je Zeiteinheit also erniedrigt, sofern man nicht die Düsenöffnung vergrößert. Eine Vergrößerung der Düsenöffnung aber bringt erhöhte Düsenvorraumverluste mit sich, und eine Erniedrigung der Spielzahl führt bei derselben Leistung zu größeren Kammerbauarten. Beide Nachteile werden beim Nachladeverfahren jedoch vermieden, wenn außer dem Düsenventil ein besonderes Auslaßorgan angeordnet ist, durch welches der Feuergasrest aus der Verpuffungskammer unmittelbar abgeführt wird.Process for operating deflagration chambers, in particular for internal combustion turbines It is known that the atomization of liquid fuel causes the better can be, the greater the relative speed between. the fuel and the Means is intended to be used to atomize the fuel. The relative speed can be done first by increasing the pressure under which the fuel injected, be increased; but you can also use the fuel carrier, preferably in other words, lead the air past the injection point at increased speed. Usually in piston engine construction you only do the first one Measure use, while in internal combustion turbine technology mainly the second Path has been taken, which has the advantage, without the one for the first path characteristic high fuel pump pressures and the resulting danger to be able to get by with the pump spring breaks. The increase in speed of the fuel carrier has been effected in the simplest way by giving the flow path the shape a venturi nozzle. This results in a relatively low pressure loss of the wearer, especially the air, realizes a high speed, since the energy required to generate this speed in the expanding Part of the venturi is largely recovered. Some pressure drop is of course inevitable. This pressure drop. the one that is difficult to atomize fuel to be gasified is greater than that of fuels that are easier to atomize or gasify. to be gasified fuels, can easily be realized. be when a reload procedure is applied. With this method, namely, is to save compaction work the deflagration chamber is purged with low pressure air (purge air) and then recharged with high compressed air (charge air) when the chamber outlet organs are closed. The air flowing in during this reloading process has a higher pressure gradient the purge air filling the chamber, so that a high Air speed for atomizing the fuel is available. For the The economy of reloading, however, is the difference between the back pressure behind the outlet member, in the case of internal combustion turbines, in particular behind the downstream one Nozzle, and the purge air pressure. To the power expenditure for the purge air compression To reduce this, the aim is to keep this gap small. The speed the residual flue gas expelled by the scavenging air is thus reduced and the The displacement time is extended, i.e. the number of games per unit of time is reduced, unless you enlarge the nozzle opening. An enlargement of the nozzle opening but entails increased nozzle vestibule losses, and a humiliation the number of games leads to larger chamber designs with the same performance. Both disadvantages are avoided in the reloading process if, in addition to the nozzle valve, a special one Outlet member is arranged through which the residual fire gas from the deflagration chamber is discharged immediately.

Andererseits ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem die Ausspülung der Kammer unter vollem Ladedruck erfolgt; hierbei öffnet sich das Ladelufteinlaßorgan in dem Zeitpunkt, in dem die Verbrennungsgase in der Verpuffungskammer auf den Ladedruck expandiert worden sind. Die Ladeluft schiebt die Verbrennungsgase über das Düsenventil und die nachgeordnete Düse praktisch unter dem Ladedruck aus und das Ladeluftventil wird erst geschlossen, nachdem auch das Düsenventil geschlossen hat und die Brennstoffaufladung der Kammer beendet ist. Bei einem solchen Verfahren steht nur ein geringer Druckunterschied zwischen der eintretenden Ladeluft und dem Kammerinhalt zur Verfügung, so daß es gewisse Schwierigkeiten bereitet, selbst bei Verwendung venturidüsenartiger Lufteinlaßwege eine zur vollständigen Zerstäubung insbesondere schwer entzündlicher Brennstoffe genügend hohe Luftgeschwindigkeit zu erzielen.On the other hand, a method has become known in which the rinsing the chamber takes place under full boost pressure; this opens the charge air inlet member at the time when the combustion gases in the deflagration chamber to the boost pressure have been expanded. The charge air pushes the combustion gases over the nozzle valve and the downstream nozzle practically below the boost pressure and the charge air valve is only closed after the nozzle valve has closed and fuel charging the chamber is finished. With such a process there is only a slight pressure difference between the incoming charge air and the chamber contents available so that it presents certain difficulties even when using venturi-type air inlet paths one for the complete atomization of fuels that are particularly difficult to ignite to achieve a sufficiently high air speed.

Die Aufgabe einer Verwirklichung ausreichender Luftgeschwindigkeiten zur Zerstäubung des Brennstoffes unter Beibehaltung der insbesondere durch das zuletzt beschriebene Verfahren erreichbaren Vereinfachungen löst vorliegende Erfindung dadurch, däß nach anfänglicher Zulassung der Ladeluft ihr Zutritt für kurze Zeit bei geöffnetem Düsenventil unterbrochen, dann wiederhergestellt und Brennstoff mit der so beschleunigten Ladeluft innerhalb der Kammer zur Mischung gebracht wird. Die zweite Luftladung strömt nämlich infolge des erheblichen Druckunterschiedes zwischen dem Einführungsdruck und dem Kammerdruck, der durch fortschreitende Expansion aus der Verpuffungskammer bei noch geöffnetem Düsenventil eintritt, an der Brennstoffeinführungsstelle mit erheblich gesteigerter Geschwindigkeit vorbei, wobei sie den Brennstoff in dem gewünschten Grad zerstäubt. Die Kammer wird bei diesem Nachströmen der Luft während der Brennstoffeinführung praktisch bis auf vollen Ladeluftdruck aufgeladen, so daß sich das Gemisch in der Kammer bei der Zündung unter vollem Druck befindet.The task of achieving sufficient air velocities to atomize the fuel while maintaining the particular by the last The present invention solves the simplifications that can be achieved by the method described, that after the initial admission of the charge air, its access for a short time when the Nozzle valve interrupted, then restored and fuel with the so accelerated Charge air is brought to mix within the chamber. The second air charge namely flows due to the significant pressure difference between the introduction pressure and the chamber pressure generated by progressive expansion from the deflagration chamber occurs when the nozzle valve is still open, at the fuel inlet point with significantly increased speed over, taking the fuel in the desired Degree atomized. The chamber is in this post-flow of air during the fuel introduction practically charged to full charge air pressure, so that the mixture in the Chamber is under full pressure when ignited.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Brennkraftturbine kennzeichnet sich also dadurch, daß das Luftventil mit einer Steuerung ausgerüstet ist, die es während derselben Ladezeit zweimal hintereinander öffnet und schließt. Da zur Steuerung des Auslaßorganes an sich Steuerungen vorhanden sind, entsteht zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kein besonders baulicher Aufwand, so daß der Aufbau der Maschine genau so einfach bleibt wie bei dem bereits beschriebenen Verfahren des Ausspülens des gesamten Feuergasrestes aus der Kammer unter vollem Ladeluftdruck.An internal combustion turbine designed according to the invention is characterized So by the fact that the air valve is equipped with a control that it during opens and closes twice in a row with the same charging time. As for the control of the outlet organ itself controls are available, arises for implementation of the method according to the invention no particular structural effort, so that the structure the machine remains just as simple as with the method already described the flushing of the entire flue gas residue from the chamber under full charge air pressure.

Es ist zwar schon bei Kolbenbrennkraftmaschinen bekanntge-,v orden, das Lufteinlaßorganwährend des ersten Teiles des Ansaugetaktes geschlossen zu halten und erst für den Restteil zu öffnen, um mittels des so verwirklichten Unterdruckes im Arbeitsraum des Zylinders eine erhöhte Einströmgeschwindigkeit der Luft und damit eine bessere Zerstäubung, insbesondere schwer zu zerstäubender Brennstoffe, zu erreichen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Füllungen des Zylinders verschlechtert werden. Hinzu kommen Kondensationen des zerstäubten Brennstoffes an den Gemischleitungen und an den . Zylinderwandungen. Demgegenüber liegt es in der Eigenart des Betriebes von Verpuffungskammern, daß der Brennstoff dem Luftstrahl in der Kammer selbst zugeführt werden kann, so daß eine Wiederausscheidung an kalten Wandungen vor Zündung des Gemisches ausgeschlossen ist. Außerdem wird die Drucksenkung nicht durch Kolbenbewegungen, sondern dadurch vorgenommen, daß vom Brennkaminerinhalt ein Teil durch das geöffnete Düsenventil abströmt, ganz abgesehen davon, daß das bekannte Verfahren die Erhöhung des Druckgefälles nur im Beginn des Ladevorganges, nicht aber; wie dies erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, nach anfänglicher normaler Durchführung des Verfahrens vorsieht. Schließlich ist es auch schon bekanntgeworden, unter dem Einfluß eines erzeugten Unterdruckes Brennstoff ohne besondere Zerstäubung zu verdampfen. Eine Gemischbildung bei Schwerölen ist auf diese Weise jedoch nicht zu erreichen.Although it is already known in piston internal combustion engines, to keep the air inlet member closed during the first part of the intake stroke and only to be opened for the rest of the part, by means of the vacuum created in this way an increased inflow speed of the air in the working space of the cylinder and thus to achieve better atomization, particularly of fuels that are difficult to atomize. This method has the disadvantage that the fillings of the cylinder deteriorate will. In addition, there is condensation of the atomized fuel on the mixture lines and to the. Cylinder walls. In contrast, it is due to the nature of the company from deflagration chambers that the fuel is fed to the air jet in the chamber itself can be so that a re-excretion on cold walls before ignition of the Mixture is excluded. In addition, the pressure drop is not caused by piston movements, but made by the fact that a part of the fireplace contents through the open Nozzle valve flows, quite apart from the fact that the known method is the increase the pressure gradient only at the beginning of the charging process, but not; like this according to the invention it is proposed to provide after initially performing the procedure normally. After all, it has already become known, under the influence of a generated To evaporate negative pressure fuel without special atomization. A mixture formation however, this cannot be achieved with heavy fuel oils.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die Zerstäubungsgeschwindigkeit, finit welcher die Luft an der Brennstoffeinführungsstelle vorbeiströmt, sehr leicht einstellbar ist. Je länger nämlich das Lufteinlaßorgan geschlossen bleibt, um so stärker sinkt der Druck in der Kammer ab und um so größer ist die Geschwindigkeit, mit der die Luft bei der zweiten Öffnung des Ventils in die Kammer nachströmt. Bei der Verwendung der bekannten Steuerung des Einlaßorganes durch ein gespanntes Mittel, z. B. mit Preßöl, ist eine solche Veränderung der zwischenzeitlichen Schlußzeit des Einlaßorganes in einfachster Weise durchzuführen, so daß die Maschine für jeden Brennstoff in kurzer Zeit leicht einstellbar ist.A particular advantage of the method according to the invention is that that the atomization speed, finite which the air at the fuel introduction point flows past, is very easily adjustable. The longer the air inlet organ remains closed, the more the pressure in the chamber drops and the greater is the speed at which the air enters the second opening of the valve the chamber flows. When using the known control of the inlet organ by a strained means, e.g. B. with press oil, such a change is the interim Carry out closing time of the inlet organ in the simplest way, so that the machine for each fuel can be easily adjusted in a short time.

Als besonders zweckmäßig für die Durchführung des Verfahrens hat es sich erwiesen, die Brennstoffeinlaßorgane in unmittelbarer Nähe der Ladeluftzuführungen zur Verpuffungskammer anzuordnen, wie dies für das Nachladeverfahren an sich bereits vorgeschlagen worden ist. Auf diese Weise gelingt es mit Sicherheit, die gesamte Brennstoffladung unter die Wirkung des Luftstromes zu bringen, der durch die erfindungsgemäße Maßnahme mit erhöhter Geschwindigkeit in die Kammer einströmt. Damit wird für die Bildung eines vollkommen homogenen Gemisches als Vorbedingung rasch verlaufender Zündungen und vollkommen verlaufender Verbrennungen gesorgt.It has been found to be particularly useful for carrying out the method turned out to be the fuel inlet organs in the immediate vicinity of the charge air supply lines to be arranged for the deflagration chamber, as is already the case for the reloading process has been proposed. In this way it will surely succeed in the whole Bringing fuel charge under the action of the air flow by the invention Measure flows into the chamber at increased speed. This is for the Formation of a completely homogeneous mixture as a precondition for rapid progression Ignitions and complete burns taken care of.

Die Abb. i zeigt die Zeitdrucklinie des Arbeitsverfahrens einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verpuffungskammer, während Abb.2 die Zeitdrucklinie des bisher üblichen Arbeitsverfahrens, bei dem der Ausschub der Feuergase unter dem vollen Ladeluftdruck erfolgt, wiedergibt.Fig. I shows the time pressure line of the working method according to the invention formed deflagration chamber, while Fig. 2 shows the time pressure line of the previously usual Working method in which the discharge of the fire gases under full charge air pressure occurs, reproduces.

In beiden Diagrammen stellt i den Druckverlauf innerhalb der Verpuffungskammer dar, 2 den Drucke erlauf der Ladeluft vor dem Ladeventil und 3 den Verlauf des Gegendruckes hinter dem Düsenventil. Die Linie gibt den Druckverlauf in der Brennstoffleitung wieder; der hierzu gehörige Ordinatenmaßstab in atü ist rechts der Koordinatenachse gezeigt. Im unteren Teil der Diagramme sind die Ventilerhebungen dargestellt, und zwar entspricht Linienzug 5 der Ventilerhebung des Düsenventils, Linienzug 6 der Ventilerhebung des Ladeluftventils. Als Abszisse ist einerseits die Gradeinteilung gegeben, wie sie sich unter Bezug auf den die Ventile steuernden Ölverteiler ergibt; andererseits ist der entsprechende Zeitmaßstab bei einer bestimmten Spielzahl aufgetragen. Nach beiden Diagrammen öffnet im Punkte 7 nach vollendeter Verpuffung das Düsenventil gemäß Linienzug 5. Die Expansion aus der Verpuffungskammer heraus schreitet fort bis zum Punkte 8, in dem gemäß Linienzug 6 das Nachladeluftventil öffnet, um die Feuergase durch Ladeluft auszuschieben. Im Punkte 9, in welchem der in der Brennstoffleitung auftretende Druck den das Brennstoffventil geschlossen haltenden Federdruck überwindet, beginnt gemäß Linienzug q. die Brennstoffeinspritzung, welche im Punkte io beendet ist. Im Punkte i i setzt die Zündung ein. Die Verpuffung ist im Punkte 12 beendet, so daß im Punkte 13 das Arbeitsspiel von neuem beginnen kann. Der Unterschied zwischen beiden Diagrammen besteht darin, daß in Abb. 2, beim bekannten reinen Nachladev erfahren, das Ladeluftventil gemäß dem Linienzug 6 vom Punkte 8 bis etwa zum Beginn der Verpuffung ununterbrochen geöffnet ist, während in Abb. i, gemäß der Erfindung, das Ladeluftventil erstmalig bereits vor dem Düsenv entil im Punkte 14 schließt. Hierdurch tritt ein Druckabfall in der Verpuffungskammer ein, da die Expansion aus der Verpuffungskammer bei noch geöffnetem Düsenventil weiter fortschreitet. Das Ladeluftventil öffnet erneut im Punkte 115. Da inzwischen der Druck in der Verpu-fungskammer stark abgesunken ist, tritt die Ladeluft nunmehr mit erhöhter Geschwindigkeit in die Verpuffungskammer ein und zerstäubt den zum Zeitpunkt 9 eingespritzten Brennstoff viel besser und kräftiger, als es bei einer Betriebsweise nach dem Diagramm der Abb.2 geschehen kann. Aus Abb. 2 ist ersichtlich, wie gering bei dem bekannten Verfahren der Druckunterschied zwischen der Nachladeluft gemäß Druckverlauf 2 und dem Kammerdruck gemäß Druckverlauf i während der gesamten Brennstoffeinspritzung ist, die daher unter unvollkommener Zerstäubung vor sich geht. Demgegenüber ist in Abb. i, gemäß der Erfindung, der Unterschied zwischen der Drucklinie der Nachladeluft 2 und der Drucklinie in der Verpuffungskammer i sehr groß. Infolgedessen ist auch die Eintrittsgeschwindigkeit der Ladeluft sehr groß, so daß eine ausgezeichnete Zerstäubung bewirkt wird. Das Ladeluftventil schließt wieder gemäß der Ventilerhebungslinie 6 in Abb. i etwa zur gleichen Zeit wie in Abb. 2.In both diagrams, i represents the pressure curve within the deflagration chamber 2 shows the pressure of the charge air in front of the charge valve and 3 shows the profile of the back pressure behind the nozzle valve. The line shows the pressure curve in the fuel line again; the associated ordinate scale in atü is to the right of the coordinate axis shown. The valve elevations are shown in the lower part of the diagrams, and line 5 corresponds to the valve elevation of the nozzle valve, line 6 corresponds to the Valve lift of the charge air valve. On the one hand, the graduation is the abscissa given as it results with reference to the oil distributor controlling the valves; on the other hand, the corresponding time scale is plotted for a certain number of games. According to both diagrams, the nozzle valve opens at point 7 after the deflagration is complete according to line line 5. The expansion out of the deflagration chamber continues up to point 8, in which, according to line 6, the recharge air valve opens to the Push out fire gases through charge air. In point 9, in which the one in the fuel line occurring pressure overcomes the spring pressure holding the fuel valve closed, begins according to line q. the fuel injection, which ends at point io is. The ignition starts at point i. The deflagration is over in point 12, so that at point 13 the work cycle can begin again. The difference between two diagrams is that in Fig. 2, with the known pure Nachladev learn the charge air valve according to the line 6 from point 8 to about the beginning the deflagration is open continuously, while in Fig. i, according to the invention, the charge air valve closes for the first time before the nozzle valve at point 14. This causes a pressure drop in the deflagration chamber, since the expansion stops the deflagration chamber continues with the nozzle valve still open. That The charge air valve opens again at point 115. There is now the pressure in the exhaust chamber has dropped sharply, the charge air now enters at increased speed the deflagration chamber and atomizes the fuel injected at time 9 much better and more powerful than with a mode of operation according to the diagram of Fig.2 can be done. From Fig. 2 it can be seen how small with the known method the pressure difference between the post-charge air according to pressure curve 2 and the chamber pressure according to pressure curve i during the entire fuel injection, which is therefore goes on with imperfect atomization. In contrast, in Fig. I, according to of the invention, the difference between the pressure line of the recharge air 2 and the Pressure line in the deflagration chamber i very large. As a result, the speed of entry is also the charge air is very large, so that excellent atomization is effected. That The charge air valve closes again according to the valve elevation line 6 in Fig. I approximately to same time as in Fig. 2.

Aus den Schaulinien geht hervor, daß zu der erfindungsgemäßen Betriebsweise nichts anderes erforderlich ist, als das Ladeluftventil zwischen den Punkten 14 und 15 kurzzeitig zu schließen, was z. B. durch Anbringung entsprechender Steuersteine im Ölverteiler ohne Schwierigkeiten möglich ist. Weitere konstruktive Änderungen sind zur Durchführung des Verfahrens nicht erforderlich.From the viewing lines it can be seen that the mode of operation according to the invention nothing else is required than the charge air valve between points 14 and 15 to close briefly, which z. B. by attaching appropriate tax stones is possible in the oil distributor without difficulty. Other constructive changes are not required to carry out the procedure.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es nicht kennzeichnend, daß die Ladeluft während der ersten Ladezeit (Punkt 8 bis 1q.) durch dasselbe Luftventil eintritt, das auch zur Zuführung der Luft während der zweiten Ladezeit dient (Punkt 15 bis i i). - Es können auch verschiedene Luftventile die gleiche Aufgabe erfüllen.It is not characteristic of the method according to the invention that the charge air enters during the first charge time (point 8 to 1q.) Through the same air valve that also serves to supply the air during the second charge time (point 1 5 to ii). - Different air valves can also perform the same task.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betriebe von Verpuffungskammern, insbesondere für Brennkraftturbinen, deren Spülung und Ladung durch unter einheitlichem Druck erzeugte Ladeluft bewirkt wird; dadurch gekennzeichnet, daß nach anfänglicher Zulassung der Ladeluft ihr Zutritt für kurze Zeit bei geöffnetem Düsenventil unterbrochen, dann wiederhergestellt und Brennstoff mit der so beschleunigten Ladeluft innerhalb der Kammer zur Mischung gebracht wird. a. Verpuffungskammer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch r, gekennzeichnet durch eine "Steuerung der Ladelufteinlaßorgane, bei der sie innerhalb derselben Ladezeit zweimal hintereinander geöffnet bzw. geschlossen werden,PATENT CLAIMS: i. Procedure for the operation of deflagration chambers, especially for internal combustion turbines, their purging and charging through under uniform Pressure generated charge air is effected; characterized, that After the initial admission of the charge air, their access for a short time when the Nozzle valve interrupted, then restored and fuel with the so accelerated Charge air is brought to mix within the chamber. a. Deflagration chamber for Implementation of the method according to claim r, characterized by a "control the charge air inlet organs, in which they operate twice in a row within the same charging time be opened or closed,