CH378909A - Als Schraubenradmaschine ausgebildete Expansionsmaschine - Google Patents

Description

      Als        Schraubenradmaschine    ausgebildete     Expansionsmaschine       Der erfindungsgemässe Gegenstand betrifft eine  als     Schraubenradmaschine    ausgebildete Expansions  maschine, die mit einem     männlichen    und einem weib  lichen Rotor mit schraubenlinienförmigen, ineinander  greifenden Kämmen und Nuten ausgestattet ist.  



  Derartige Expansionsmaschinen streben bei ver  schiedenen Druckverhältnissen zwischen dem zu- und  abgeführten Medium einen hohen     thermischen    Ge  samtwirkungsgrad an. Dabei ergibt sich die Schwie  rigkeit, dass die Expansion in einer sowohl vom Ein  lass als auch vom     Auslass    getrennten, abgeschlossenen  Kammer vor sich geht und     dass    daher das durch die  Konstruktion bedingte,     sogenannte        Nenndruckver-          hältnis    der Maschine, das heisst das Verhältnis zwi  schen dem Druck des der Kammer     zugeführten    Me  diums und dem Druck des daraus abgeführten  Mediums nicht von den     Absolutwerten    der im Ein  lass- bzw.

       Auslassabschnitt    der Maschine vorherrschen  den Drücke abhängt. Es wurde nun gefunden, dass es  durch Änderung der Grösse der     Einlassöffnung    nicht  nur möglich ist, die Menge des durchfliessenden Me  diums, sondern auch die Grösse der Expansionskam  mer im Zeitpunkt ihrer     Trennung    vom     Einlass    zu       beeinflussen    und so das     Nenndruckverhältnis    der  Maschine zu ändern.  



  Bei einer Expansionsmaschine für die Kühlung  der Eintrittsluft eines Flugzeuges ergeben sich be  sondere Probleme,     weil    das tatsächliche     Verhältnis     zwischen Einlass- und     Auslassdruck    in der Maschine  nicht konstant ist, sondern mit der Flughöhe schwankt.  Bei niedrigen Flughöhen beträgt das tatsächliche  Druckverhältnis maximal etwa<B>10:</B> 1 und hängt von  der Fluggeschwindigkeit ab; bei zunehmender Flug  höhe steigt dieses Verhältnis zuerst bis auf etwa 15 : 1  an, um sodann auf etwa 1,5 : 1 abzufallen.

   Die     erfin-          dungsgemässe    Expansionsmaschine ist dadurch ge  kennzeichnet, dass die Grösse einer zu Expansions-         kammern    der Maschine führenden     Einlassöffnung    zur  Regelung des     Nenndruckverhältnisses    der Maschine  veränderbar ist.  



  Ein     Ausführungsbeispiel    des Erfindungsgegenstan  des wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben.       Fig.    1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfin  dungsgemässe, als     Schraubenradmaschine    ausgebildete  Expansionsmaschine längs der     Linie    1-1 in     Fig.    2.       Fig.    2 zeigt, in kleinerem Massstab, einen Quer  schnitt nach der Linie 2-2 von     Fig.    1.  



  Das Gehäuse 10 der Expansionsmaschine hat  einen     Einlass    12 und einen     Auslass    14. Dem Einlass 12  wird als     Arbeitsmedium    beispielsweise die vom Kom  pressor eines Flugzeugmotors gelieferte Luft     zugeführt,     nachdem diese vor dem Einlass     einen        Kühler    durch  strömt hat. Die von der Expansionsmaschine noch  weiter abgekühlte Luft gelangt dann vom     Auslass    14  über Leitungen zu den zu     kühlenden    Teilen des Flug  zeuges (nicht dargestellt).  



  Von dem Einlass 12 des Gehäuses 10 wird die Luft  in die     Einlasskammer    16 geleitet, von wo sie über     eine          Einlässöffnung    18 in Expansionskammern gelangt, die  jeweils von einer Nut 22 in einem     männlichen    Rotor  24 und     einer    später erläuterten Aussenfläche 46 eines  Schiebers 40 bzw. von einer Nut 20 in einem weib  lichen Rotor 26 und einer weiteren später erläuterten  Aussenfläche 48 des Schiebers 40 gebildet werden.  Der männliche Rotor hat     Kämme    28, während der  weibliche Rotor mit sechs Kämmen 30 versehen ist.

    Die Kämme 28 bzw. 30 verlaufen     schraubenlinienför-          mig    um die Längsachse jedes der Rotoren 24 bzw. 26  und bewegen sich ohne Berührung     aneinander    vorbei,  wobei die ersteren abgerundete Profile aufweisen.  



  Bei der Drehung der Rotoren 24 und 26 wird das  Volumen der Expansionskammern vergrössert, wo  durch eine     kontinuierliche        Expansion    bei gleichzeiti  ger Verminderung von Druck und Temperatur der      Luft erreicht wird. Die Rotoren 24, 26 tragen     Syn-          chronisierräder    32, die     ineinandergreifen    und die  Rotoren unter Vermeidung einer direkten gegenseiti  gen Berührung und der sich daraus ergebenden Ge  fahr des Festfressens miteinander auf Drehung kup  peln. Ausserdem hat der     männliche    Rotor 24 ein  Wellenende 36, das sich durch die Wand des Gehäu  ses 10 erstreckt.

   An diesem Wellenende     ist    ein     Ge-          bläserad    38 angeordnet, welches     beim    Expandieren  der Luft vom Rotor 24 angetrieben wird.  



  Die     Veränderung    der Grösse der     Einlassöffnung     18, zwecks Regelung des     Nenndruckverhältnisses    der  Maschine, erfolgt durch den     axial    verstellbaren Schie  ber 40. Der Schieber 40 kann auf verschiedene Weise  in der     Maschine    gelagert sein.

   Wenn die auf den  Schieber wirkenden Kräfte relativ     klein    sind, ist es       vorteilhaft,    den Schieber auf einem im Gehäuse be  festigten Dorn 44     axial    verschiebbar anzuordnen, wie       im        Ausführungsbeispiel    der Fall ist, welcher Schie  ber 40 je nach     seiner    Stellung die Grösse der     Einlass-          öffnung    18 verändert und mittels     buchsenartiger          Wälzlager    42 mit Kugelumlauf vom im Gehäuse 10       befestigten    Dorn 44 getragen wird. Solche Wälzlager  werden z.

   B. von der Firma     Ransome     &      Marles,    New  ark-on-Trent, hergestellt und sind im Handel erhält  lich. Ein solches     Wälzlager    42 besteht aus einer  Hülse mit mehreren geschlossenen Kugelbahnen, die  sich     in    axialer     Richtung    erstrecken und     mit    Kugeln  gefüllt     sind.    Jede Kugelbahn     setzt    sich aus einer Ar  beitsstrecke, auf der die     Kugeln    zwischen der Hülse  und dem von ihr umschlossenen     Teil    laufen, und aus  einer Rücklaufstrecke     zusammen,

      auf der die Kugeln  zur     Gänze    von der Hülse umschlossen werden. In       Fig.    1 sind nur die Rücklaufstrecken der Kugelbahnen  dargestellt, wogegen     Fig.    2 im Schnitt die gegenseitige  Lage der     einzelnen    Kugelbahnen zeigt. Wenn ander  seits die auf den Schieber 40 wirkenden Kräfte relativ  gross sind, kann es sich als schwierig erweisen, den       Dorn    44 genügend starr auszubilden, weshalb es sich  in diesem Falle empfiehlt, das     aussenliegende    Ende  des Schiebers 40 direkt     im    Gehäuse 10 zu lagern.  



  Der Schieber 40 hat zwei Aussenflächen 46, 48,  die je in unmittelbarer Nähe der     Hüllflächen    der bei  den Rotoren 24 und 26 liegen und einen Teil dieser       Hüllflächen    bedecken und so die weiter vorn erwähn  ten Expansionskammern bilden.  



  Die     Steuerung    der Expansionsmaschine soll vor  zugsweise in Abhängigkeit vom     Druck    im Einlass 12       automatisch    erfolgen, weil der     Druck    im     Auslass    14  unabhängig von der Flughöhe ungefähr konstant ge  halten werden soll. Es ist daher zweckmässig, eine  Steuervorrichtung vorzusehen, die direkt von dem       Einlassdruck        beeinflusst    wird.

   Eine besonders günstige  Ausführungsform ergibt sich,     wenn    die Steuervorrich  tung von der Differenz zwischen dem     Druck    der Luft  im     Einlass    12 und dem Druck eines Bezugsmediums,  das üblicherweise die das Flugzeug umgebende Luft  ist,     beeinflusst        wird.    Die Steuervorrichtung ist dann  vorzugsweise mit einem Steuerkolben ausgestattet, der  auf der einen Seite durch die Luft im Einlass 12 und    auf der anderen Seite durch das Bezugsmedium     beauf-          schlagt    wird und dessen     jeweilige    Lage durch eine  oder mehrere druckausgleichende Federn     bestimmt     wird.

   Der Kolben     kann,    wenn die Steuervorrichtung  entsprechend ausgebildet ist, direkt mit dem Schieber  verbunden sein.  



  Dies ist im dargestellten     Ausführungsbeispiel    der  Fall, wo der Schieber 40 über eine Stange 50 direkt       mit    einem     Stützring    52 verbunden ist, der in einem  Zylinder 54 angeordnet ist. Der Zylinder 54 ist an  einem Ende geschlossen und am anderen Ende gegen  die     Einlasskammer    16 offen. Der Stützring 52 dichtet  nicht gegen den Zylinder 54 ab, so dass auf beiden  Seiten des Ringes der gleiche     Druck    herrscht. Jede der  beiden Federn 56, 58 stützt sich mit einem Ende am  geschlossenen Ende des Zylinders 54 ab.

   Das andere  Ende der Feder 56 liegt dauernd am Stützring 52 an,  wogegen die andere Feder 58 so kurz ist, dass sie nur  dann mit dem Stützring 52 in Berührung kommt,  wenn sich dieser aus der der grössten     Einlassöffnung     18 entsprechenden Stellung in Richtung einer zu einer       Verkleinerung    der     Einlassöffnung    18 führenden Stel  lung bewegt. In der in     Fig.    1 gezeigten Stellung     sind     beide Federn 56, 58 mit dem Stützring 52 in Kontakt.

    Infolge der beschriebenen Anordnung wird der Stütz  ring 52 und damit der Schieber 40     während    des  ersten Teiles der Bewegung in der oben erwähnten  Richtung nur von einer Feder beeinflusst, wogegen  bei der Weiterbewegung in gleicher     Richtung    beide  Federn gleichzeitig auf den Schieber einwirken. Zu  sätzlich können selbstverständlich noch weitere Federn  vorgesehen werden, die im Verlauf der Bewegung  nacheinander auf den Schieber zur Wirkung kommen.  



  Die Stange 50 geht ferner in einen hohlen Kol  ben 60 über, der sich durch eine Bohrung 64 mit ein  gesetzter Dichtung 62 im geschlossenen Endteil des  Zylinders 54 erstreckt. Das freie Ende des Kolbens 60  ist offen und steht unter dem ausserhalb des Zylinders  54 herrschenden     Druck    des Bezugsmediums. Der  Kolben 60 hat einen grösseren Aussendurchmesser als  die Stange 50; infolge des Unterschiedes zwischen dem  Druck in der     Einlasskammer    16 und dem     Druck    des  Bezugsmediums wird der Stützring 52 bis zum Druck  ausgleich durch die Federn 56, 58 bewegt. Ausserdem  wirken der Zylinder 54 und der Kolben 60 der  Stange 50 als     Führungen    für die     Federn    56 bzw. 58.

    In manchen Fällen kann auch eine     Getriebeüberset-          zung    erforderlich sein, insbesondere wenn der Schie  ber nicht axial bewegbar ist, sondern eine Schiebevor  richtung mit einem oder mehreren in ihrer Winkel  lage verstellbaren Schiebern verwendet wird.  



  Die     Steuerung    der Grösse der     Einlassöffnung    kann  auf die andere Weise dadurch erreicht werden, dass  der Schieber durch einen Geschwindigkeitsregler, der  von der Expansionsmaschine angetrieben ist, gesteuert  wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Als Schraubenradmaschine ausgebildete Expan sionsmaschine, welche einen männlichen und einen weiblichen Rotor enthält, die mit schraubenlinienför- migen Kämmen und Nuten ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse einer zu Expansions kammern der Maschine führenden Einlässöffnung zur Regelung des Nenndruckverhältnisses der Maschine veränderbar ist. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Expansionsmaschine nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Einlass- öffnung mit Hilfe eines axial verstellbaren Schiebers veränderbar ist. 2.

   Expansionsmaschine nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verstellbare Schieber zwei Aussenflächen aufweist, die in unmittel barer Nähe der Hüllflächen der Rotoren liegen. 3. Expansionsmaschine nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber von einem im Gehäuse angebrachten Dorn abgestützt ist. 4. Expansionsmaschine nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber am Dorn mittels eines Wälzlagers mit Kugelumlauf gelagert ist. 5.

   Expansionsmaschine nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Einlass- öffnung durch einen Steuermechanismus regelbar ist, der unter dem Einfluss des Druckes des Arbeits mediums in dem Einlass der Maschine steht. 6. Expansionsmaschine nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermechanismus in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem Druck des Arbeitsmediums im Einlass der Maschine und dem Druck eines Bezugsmediums arbeitet. 7..

   Expansionsmaschine nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermechanismus einen Ausgleichskolben aufweist, der auf der einen Seite dem Druck des Arbeitsmediums in dem Einlass der Maschine und auf der anderen Seite dem Druck des Bezugsmediums ausgesetzt ist. B. Expansionsmaschine nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Druckausgleich auf den Kolben wirkende Federn vorgesehen sind.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung der Expansionsmaschine nach Pa tentanspruch I als Kühlmaschine in einem Flugzeug. UNTERANSPRUCH 9. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmedium die von einem einen Bestandteil des Flugzeugantriebsaggregates bil denden Kompressor gelieferte Luft dient.