DE1288529B - Konvergent-divergente Duese fuer Plasmastrahlen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine konvergent-divergente Düse für Plasmastrahlen mit einer zylindrischen Eingangsleitung.
• Bei derartigen Düsen stellt der Temperaturschutz für die Düsenwand ein schwieriges Problem dar. Man versucht im allgemeinen, diese Schwierigkeit durch geeignete Werkstoffe und/oder durch äußere Kühlung zu lösen. Bei konvergent-divergenten Düsen für Gasturbinenstrahltriebwerke ist es außerdem bekannt, die Düsenwand im konvergenten Abschnitt, kurz vor der engsten Stelle der Düse, zu unterbrechen und dort nach dein Injektorprinzip atmosphärische Luft anzusaugen, die die Düsenwand überstreichen soll.
• Bei Düsen für Plasmastrahlen scheidet diese Lösung aus, da man, um die hohe Temperatur des Plasmastrahls ausnutzen zu können, keine kalte Luft einführen möchte. Durch die Erfindung soll eine zusätzlich zu den üblichen Methoden wie geeignete Werkstoffwahl u. dgl. anwendbare Möglichkeit geschaffen werden, die durch die hohen Temperaturen hervorgerufenen Gefährdungen der Düsenwand ohne Einführung von Luft zu verringern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Eingangsleitung mit einer stufenförmigen Erweiterung in die Düse übergeht, wobei der Durchmesser der Erweiterung mindestens 2,5mal so groß ist wie der Durchmesser der Eingangsleitung.
• An der stufenförmigen Erweiterung wird die Grenzschicht, die sich in der Eingangsleitung auf Grund der gewaltigen inneren Reibung aufgeheizt hat, zerstört, und es kann sich in der Totwasserzone hinter der stufenförmigen Erweiterung eine neue Grenzschicht bilden, die wesentlich kälter ist als die Grenzschicht am Ende der Eingangsleitung.
• Bei einer sehr langen Düse können im konvergenten Düsenteil mehrere stufenförmige Erweiterungen aufeinanderfolgend angeordnet werden.
• An Hand der einzigen Figur wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung stellt einen Axialschnitt durch eine schematisierte erfindungsgemäß ausgebildete Düse dar.
• Die Düse 1 wird von einem Ringraum 2 umgeben, in dem zur Kühlung der Düsenwand eine Kühlflüssigkeit umläuft.
• Der vorzugsweise in einem Lichtbogen aufgeheizte Plasmastrahl strömt zunächst durch eine zylindrische Eingangsleitung 4, die mit einer stufenförmigen Erweiterung 3 in die Düse übergeht. Der Durchmesser der Erweiterung ist weit mehr als 2,5mal so groß wie der Durchmesser der Eingangsleitung.
• Hinter der stufenförmigen Erweiterung bildet sich eine Totwasserzone mit Wirbeln 6. Das in der Totwasserzone kurzzeitig stagnierende Strömungsmaterial setzt sich allmählich wieder in Bewegung, wodurch sich eine neue, verhältnismäßig kühle Grenzschicht 5 bildet. Zur Vereinfachung ist die Grenzschicht nur auf der einen Seite der Düsenwand in der Figur dargestellt.
• Der Vorgang läßt sich wie folgt erklären: Die in der zylindrischen Eingangsleitung aufgeheizte Grenzschicht wird an der stufenförmigen Erweiterung aufgelöst. Ein geringer Teil des Strömungsmittels kühlt sich an der stufenförmigen Erweiterung etwas ab und fördert die Bildung einer verhältnismäßig kühlen Grenzschicht 5, die die Düsenwand schützt. Der aus der Eingangsleitung 4 kommende Plasmastrahl selbst kommt auf Grund einer »Zentrierwirkung« mit der Düsenwand nicht mehr unmittelbar in Berührung; diese Zentrierwirkung verringert auch die Schwingungsneigung des Strahls.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Konvergent-divergente Düse für Plasmastrahlen mit einer zylindrischen Eingangsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsleitung(4) mit einer stufenförmigen Erweiterung in die Düse (1) übergeht, wobei der Durchmesser der Erweiterung mindestens 2,5mal so groß wie der Durchmesser der Eingangsleitung ist.
2. 2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im konvergenten Teil der Düse mehrere Erweiterungen aufeinanderfolgend angeordnet sind.