DE2001252A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschleunigung einer Fluessigkeit - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Beschleunigung einer Flüssigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Be#chleunigung einer Flüssigkeit durch eine Diese, das bzw. die auf dem bekannten Prinzip der Marmutpumpe beruht, die im wesentlichen ein senkrechtes Rohr umfaßt, dessen unteres Ende in die zu pumpende Flüssigkeit eingetaucht ist und das unter dem Flüssigkeitsspiegel mit einer Druckluftquelle verbunden ist. Die dabei erfolgende Belüftung der Flüssigkeit innerhalb des Rohres verringert dessen mittlere Dichte, und die Flüssigkeit steigt hoch, um die Eintauchtiefe zu kompensieren. Die Flüssigkeit fließt dann aus dem oberen Ende des Rohrs mit einer Geschwindigkeit, die von dem verwendeten Luftvolumen abhängt, und der in dieser Weise entstandene Strahl kann dazu benutzt werden, Arbeit auszuführen, beispielsweise ein Turbinenrad zu drehen, das in den Strömungsweg eingeschaltet ist. Der in einer solchen Pumpe auftretende Schlupf beeinträchtigt jedoch dessen Wirkungsgrad und macht sie für einen Hochleistungsbetrieb ungeeignet.
• Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist festgestellt worden, daß dann, wenn eine ausreichende Menge Luft oder Gas in die Flüssigkeit eingeimpft und gründlich mit der Flüssigkeit gemischt wird, die durch ein Rohr im wesentlichen konstanten Durchmessers mit konstanter Geschwindigkeit durchgedrückt wird, der resultierende Druck in dem Rohr und die Verringerung in der Dichte der Flüssigkeit als Folge der Belüftung die Flüssigkeit mit wesentlich höherer Geschwindigkeit aus dem Austrittsende als eine gasenthaltende Flüssigkeitsdispersion herausdrückt, und die Energie des in dieser Weise gebildeten Strahls kann in einem Turbinenrad absorbiert werden, kann als Strahlantrieb benutzt werden oder kann für andere Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zur Feuerbekämpfung.
• Die Luft bzw. das Gas müssen so gründlich wie möglich mit der Flüssigkeit gemischt werden, damit die Flüssigkeit durch Dispersion der Luft oder des Gases in der Flüssigkeit und l oder durch Einschluß der Flüssigkeit in der Luft bzw. in dem Gas beschleunigt werden kann, und um ein angemessenes Maß an Dispersion zu erreichen, ist das Rohr bzw. ein Gas zuleitungsrohr innerhalb des Rohrs vorzugsweise am Eintrittspunkt des Gases mit einem perforierten Abschnitt versehen.
• Wenn der Luft oder dem Gas ein Kraftstoff zugeführt wird, um ein brennbares Gas zu bilden, das ständig am Eintrittspunkt in das Rohr entzündet wird, strömt die Flüssigkeit mit noch höherer Flüssigkeit aus dem Rohr.
• Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, die schematische Darstellungen zeigen.
• Das Inbord-, Außenbord- oder Inbord/Außenbord-Aggregat, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist zum Einbau in einem Boot oder zum Anbau an einem Bat vorgesehen, um einen Strahlantrieb zu bilden.
• Dieses Aggregat weist eine Pumpe 1 auf, um Wasser durch eine Saugleitung 2 hochzufördern und das Wasser unter Druck zum Einlaß eines Strahlrohrs 3 zu fördern, das hinter dem Einlaß mit einem perforierten Abschnitt 4 versehen ist, der von einer Kammer 5 umgeben ist. Ferner gehört zum Aggregat ein Verdichter 6 zum Zuleiten von unter Druck stehender Luft oder von unter Druck stehendem verbrennbaren Gas in die Kammer durch ein Rohr 7. Wenn der Kammer ein brennbares Gas zugleitet wird, ist eine Zündkerze 8 am Einlaß zur Kammer angeordnet, um bei Eintritt das verbrennbare Gas ständig zu entzünden. Die Pumpe 1 und der Verdichter 6 werden beide durch einen normalen Antrieb 9 angetrieben.
• Zwischen dem Antrieb und dem Verdichter und / oder der Pumpe können drehzahlregelbare Getriebe geschaltet sein, um das Verhältnis zwischen dem Gas und der Flüssigkeit ändern zu können und damit optimale Betriebsbedingungen zu erreichen.
• Im Betrieb ist die gesamte Pumpe 1 oder auch nur die Einlaßleitung 2 in das Wasser eingetaucht, wobei die Saugleitung auf den Bug des Bootes zugerichtet ist. Luft oder Gas in Volumina, die größer als das Volumen des durch das Strahlrohr 3 fließenden Wassers bis zu einem kritischen Wert sind, der von der Art oder dem Zustand des Wassers abhängt, können in der Form kleiner Blasen im Wasser dispergiert werden, was zu einer starken Erhöhung in der Geschwindigkeit des Wassers und im Rückstoß führt, der auf das Boot einwirkt. Die in dieser Weise erhaltenen Strömungsgeschwindigkeiten liegen viel höher, als sie mit bekannten Pumpen- bzw. Laufradstrahltriebwerken erreicht werden können, wie sie für Boote bekannt sind. Ein noch höheres Maß an Gasdispersionen und damit eine höhere WasserFtrömungsgeschwindigkeit und ein höherer Rückstoß lassen sich dadurch erreichen, daß man dem Wasser, das durch das Strahlrohr 3 in den perforierten Abschnitt 4 strömt, einen kleinen Anteil eines Spülmittels oder eines anderen entspannungsaktiven Mittels zufügt.
• Das in Fig. 1 gezeigte Aggregat kann gemäß der Darstellung in Fig. 2 mit einer zweiten Stufe in der Form eines 2-Stücks 10 ausgerüstet sein, dem durch ein Rohr 11 Luft oder Gas vom Verdichter 6 zugeleitet wird. Dieses Rohr ii ist in diesem Fall mit dem Rohr 7 verbunden. Andererseits können auch die Abgase des Antriebs dazu verwendet werden, die entsprechend zugeleitet werden. Diese zweite Stufe erzeugt große Blasen in der aus kleinen Blasen behenden Dispersion, die von der Kammer 5 fließt.
• Diese Blasen haben die Wirkung, das Wasser weiter zu beschleunigen. Luft oder Gas vom Verdichter 6 kann auch noch einer dritten Stufe 12 zugeleitet werden, die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Die Zuleitung erfolgt über ein Rohr 13. Dabei wird die aus der zweiten Stufe 10 kommende Dispersion eingeschlossen und sogar mit noch größerer Strömungsgeschwindigkeit aus dem Strahlrohr 3 herausgezogen.
• In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verdichter 6 entfallen. Hier werden die Abgase vom Antriebsaggregat 9 der Kammer 5 über ein Rohr 14 zugeleitet. Gasdispersionsdüsen der beschriebenen Art können auch dazu verwendet werden, bekannten Pumpenden einen höheren Wirkungsgrad zu verleihen.
• Ein Steuer des Bootes wird in einfacher Weise daduroh erreicht, daß man die Rückstoßrichtung des Strahls in bekannter Weise ändert, beispielsweise durch eine gelenkige Lagerung dann, wenn es sich bei dem Aggregat um einen Außenbordantrieb handelt. Wenn das Aggregat als Inbord- oder Inbord-/Außenbord-Ausführung vorgesehen ist, können dazu andererseits flexible Leitungen vorgesehen sein.
• Eine Richtungsumkehr des Bootes läßt sich dadurch erreichen, daß man entweder die Strömungsrichtung des Strahls umkehrt oder daß man den Wasserstrom von dem Strahlrohr 3 zu einer getrennten Umkehrdüse leitet. Die Strömungsrichtung des Strahls aus dem Strahlrohr 3 kann gemäß der Darstellung in Fig. 4 umgekehrt werden, indem man einen Rohrbogen 15 vorsieht, der an dem Rohr 3 angelenkt ist und in Riohtung des Doppelpfeils 16 um eine waagerechte Achse 17 zwischen einer oberen Ruhestellung und einer unteren Betriebsstellung bewegbar ist, in der er den Strahl vom Rohr 3 aufnimmt. Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Aggregat hat ein großes Verhältnis von Leistung zu Gewicht und eine Anzahl anderer Vorteile gegenüber anderen maritimen Antrieben und selbst gegenüber Stautriebwerken, die auf einem einfachen Pumpen einer Flüssigkeit oder eines Gases basieren. Im Vergleich zum letzteren werden wesentlich höhere Strömungsgeschwindigkeiten an der Düee erreicht, und im Vergleich zu den ersteren erfolgt keine Minderung des Wirkungsgrades als Folge der Ubertragung von Antriebsleistung über ein mechanisches Triebwerk an einen Propeller oder als Folge des Durchdrehens des Propellers im Wasser. Ferner kann das Aggregat, das auf den Rumpf keine mechanische Erschttterungen überträgt und ein Schiff bzw. ein Boot mit höherem Wirkungsgrad mit viel höherer Geschwindigkeit als ein bekanntes Aggregat antreiben kann, als ein Hilfa-Außenbordaggregat eingesetzt werden, das im Bedarfsfall in Betrieb gesetzt werden kann, nachdem das Boot mit Hilfe des normalen Propellerantriebs in Bewegung gesetzt worden ist.
• Für eine Verwendung auf Land kann die Flüssigkeit zum Einlaß.des Strahlrohrs 3 von einem Behälter 18 (Fig. 5) gepumpt werden, und die Auslaßdüse kann so eingerichtet sein, daß sie ein Abströmen in ein Turbinenrad 19 bewirkt, dessen Drehung in üblicher Weise in Arbeit umgeformt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Gemisch aus Gas und Flüssigkeit, das das Turbinenrad verläßt, gesammelt und durch einen Kondensator, durch einen Sammelkasten oder auch einen Kühler 20 geleitet, ehe es zur erneuten Verwendung zum Behälter zurückgeleitet wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu verwendet werden, die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu erhöhen, die aus der Düse eines Feuerlöschschlauchs heraustritt, indem man ein unter Druck stehendes Gas, das je nach Bedarf frei von Sauerstoff sein kann oder auch nicht, einer Kammer zuleitet, die einen perforierten Abschnitt des Schlauchs umgibt.

Claims (21)

1. Patentansprüche

   D.Verfahren zur Beschleunigung eines Flüssigkeitsstroms, der mit im wesentlichen konstanter Strömungsgeschwlndigkeit durch ein Rohr gepumpt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i o h -n e t , daß ein unter Druck stehendes Gas in einen Abschnitt des Rohrs an oder in der Nähe seines Austrittsendes in einer Menge, die größer als die der durch diesen Abschnitt fließenden Flüssigkeit ist, und in einer solchen Weise eingeimpft wird, daß das Gas mit der Plüssigkeit in der Form einer aus kleinen Blasen bestehenden Dispersion gründlich gemischt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Rohrabschnitt mit einer Vielzahl kleiner Perforationen versehen wird und daß Gas unter Druck einer Kammer zugeleitet wird, die den perforierten Abschnitt umgibt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Gas unter Druck dem Rohrabschnitt durch den perforierten Bereich eines Zuleitungsrohrs innerhalb des Rohrs zugeleitet wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gas in der Form kleiner Blasen in der Flüssigkeit dispergiert wird, die durch den Rohrabschnitt fließt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zusätzliches Gas in das aus Flüssigkeit und Gas bestehende Gemisch eingeimpft wird, das aus dem Rohrabschnitt fließt, derart, daß große Blasen gebildet werden, die die Flüssigkeit weiterbeschleunigen.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n et , daß weiteres Gas zum Einschließen der durch die großen Blasen beschleunigten Flüssigkeit zugeleitet wird, derart, daß die mit noch höherer Geschwindigkeit aus dem Austrittsende des Rohrs abgezogen wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Gas ein brennbares Gas verwendet wird, das unmittelbar vor dem Mischen mit der Flüssigkeit entzündet wird.
8. 8. Verfähren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Gas Luft verwendet wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Gas ein Gas verwendet wird, das die Verbrennung nicht unterstützt.
10. 10. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Pumpe (1), deren Saugseite mit einer Flüssigkeitsquelle in Verbindung steht, ein mit der Druckseite der Pumpe (1) verbundenes Rohr (3), das zwischen seinen Enden mit einem perforierten Abschnitt (4) versehen ist, und eine den perforierten Abschnitt (4) umgebende Kammer (5), die mit einer Quelle verbunden ist, von der unter Druck stehendes Gas kommt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Pumpe (1) durch einen Antriebsmotor (9) angetrieben ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d ur c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Quelle, von der das unter Druck stehende Gas kommt, der Auspuff des Antriebsmotors (9) ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Quelle, von der das unter Druck stehende Gas kommt, ein Verdichter (6) ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 13, d a d ur c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Verdichter (6) und / oder die Pumpe (1) durch den Antriebsmotor (9) über drehzahlregelbare Getriebe angetrieben sind.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, g e -k e n n z e i c h n e t durch eine Zündkerze (8) am Zugang zur Kammer (5).
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, g e -k e n n z e i c h n e t durch eine zweite Beschleunigungsstufe (11), bestehend aus einem in das Rohr (3) eingesetzten T-Stück (10) hinter dem perforierten Abschnitt (4), das mit der Druckgasquelle verbunden ist.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, g e k e n n z e i c h n e t durch eine dritte Beschleunigungsstufe (12), bestehend aus einer das Ende des Rohrs (3) umgebenden Düse, die mit der Quelle verbunden ist, von der das unter Druck stehende Gas kommt.
18. 18. Vorrichtung in der Form eines maritimen Antriebs nach einem der Ansprüche 10 bis 17, g e k e n n z e i c h n e t durch den Einbau auf oder in einem Boot, wobei das Rohr (3) sich nach hinten erstreckt und die Ansaugseite der Pumpe (1) unter dem Wasserspiegel nach vorne geöffnet ist.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Mittel zum Leiten der durch das Rohr (3) fließenden Flüssigkeit zu einer Umkehrdüse vorgesehen sind.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, g e k e n n z e i c h n e tdurch eine U-förmige Rohrverbindung (15), die an das Ende des Rohrs (3) zur Ausführung einer Winkelbewegung in den Weg des Strahls angelenkt ist, der aus dem Rohr (3) austritt, derart, daß eine Rückwärtsbewegung des Bootes bewirkt wird.
21. 21. Vorrichtung in der Form eines Landantriebsaggregats nach einem der Ansprüche 10 bis 18, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das Rohr (3) seinen Strahl auf ein Turbinenrad lenkt, dessen Ablauf in einen Sammelbehälter fließt, der mit der Ansaugseite der Pumpe (1) verbunden ist.