DE2129019C3 - Gaserzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, die bei Bedarf eine Gasmenge von mittlerem Druck und mäfiiger Temperatur in kürzester Zeit zur Verfugung stellen. Hierzu benutzt man normalerweise Druckbehälter, in denen Gase unter hohem Druck gelagert sind. Derartige Vorrichtungen weisen aber ein relativ hohes Gewicht auf.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine: Vorrichtung zu schaffen, in der die benötigte Gasmenge erst bei Bedarf erzeugt wird. Es sind bereits Gaserzeuger zur schnellen Erzeugung einer Gasmenge mäßiger Temperatur durch Verbrennung von Festtreibstoffei, und Kühlung mit verdampfendem Wasser bekannt. Ziel der Erfindung ist. Handhabung und Sicherheit eines solchen Gaserzeugers zu verbessern.

Erfindungsgemäß ist die Brennkammer des Gaserzeugers mit ihrer Austritlsdüse an einen Injektionswärmetauscher angeschlossen, der eine von den Flammengasen durchströmte Zentralkammer besitzt, die über einen statischen Druckeinlaß im oberen Teil mn. einer die Zentralkammer umgebenden und Wasser enthaltenden Außenkammer verbunden ist, die ihrerseits über Einspritzdüsen mit dem unteren Teil der Zentralkammer in Verbindung steht, an die eine Austrittsleitung angeschlossen ist.

Diese Anordnung ergibt einen einfachen Aufbau und gestattet bei kleinem Gewicht und minimalen Mengen mitgeführten Brennstoffes und Wassers die schnelle Erzeugung einer großen Gasmenge mäßiger Temperatur und mittleren Druckes.

Gemäß weiterer Erfindung besteht der statische Druckeinlaß aus einem Ringspalt zweier in gleicher oder nahezu gleicher Höhe endender Rohre unterschiedlichen Durchmessers, welche die Wandung der Zentralkamner bilden, wobei das obere Rohr den kleineren Durchmesser besitzt. Hierdurch wird bei einfachem Aufbau der Zentralkammer ein wirksamer statischer Druckeinlaß geschaffen.

Gemäß weiterer Erfindung sind die Einspritzdüsen in einer Düsenverengung der Zentralkammer angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine starke Injektionswirkung und eine gute Wasserzerstäubung und infolgedessen ein günstiger Wärmetausch und eine kompakte Bauweise des Gaserzeugers.

Vorteilhaft sind mehrere Reihen von Einspritzdüsen ringförmig im Querschnitt der Düsenverengung angeordnet. Hierdurch läßt sich die Wassereinspritzung noch weiter vergleichmäßigen.

Vorteilhaft sind ferner die Einspritzdüsen bezüglich der Zentralkammerradialen tangential geneigt. Hierdurch ergibt sich eine Verwirbelung des eingespritzten Wassers und somit ein besserer Wärmetausch.

Gemäß weiterer Erfindung ist die Austrittsleitung mit einer Spiralbeschaufelung versehen, die eine Verlängerung der Verwirbelung und somit ebenfalls einen besseren Wärmetausch bewirkt. Dabei können mit besonderem Vorteil in den Einspritzdüsen Stopfen vorgesehen sein, mit denen sich die in der Außenkammer eingeschlossene Wassermenge bis zur Zündung des Festtreibstoffes an der vorgesehenen Stelle halten läßt.

Weiter sieht die Erfindung im oberen Teil der Zentralkammer unterhalb des statischen Druckeinlasses eine Reihe von Hilfseinspritzdüsen vor, durch die in der ersten Zeit nach der Zündung zusätzlich Wasser eingespritzt wird, das die bei der Zündung freiwerdende erhöhte Wärmemenge bindet und so ein anfängliches Überhitzen des erzeugten Gases verhindert.

Gemäß weiterer Erfindung ist über einer Brechmembran in der Düsenverengung eine Wassermenge vorgesehen. Auch diese Anordnung dient zur Bindung der Zündwärmemenge.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung, die im Längsschnitt und in drei Querschnitten eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gaserzeugers zeigt, der im wesentlichen aus eiiici Brennkammer Λ, einem Injeklionswärmetauscher B und einer Austrittsleitung Cbesteht.

Die Brennkammer A besitzt ein als hochfester Pruckbehälter ausgebildetes Brennkammergehäuse A\ (Prüfdruck 200 at). Die Brennkammer enthält eine Reihe von Festtreibstoff-Strängen Az oder ei sen mit Aussparungen versehenen Festtreibstoff-Block. Die Gestallung der Stränge oder des Blocke ist derart, daß je nach den Anforderungen eine zunehmende, konstante oder abnehmende Treibstoffmenge je Zeiteinheit abbrennt.

Eine Lava'-Düse Aj gestattet eine Abführung der Flammengase. Die Querschnittsverengung (Verengungskoeffizient gleich Verhältnis der Abbrennfläche zum engsten Düsenquerschnitt) ist so gewählt, daß ein erträglicher Brennkammerdruck und eine ausreichende Abbrenngeschwindigkeit auftreten. Der Verengungskoeffizienl hängt selbstverständlich von der Art des benutzten Festtreibstoffes ab. Als Beispiel beträgt dieser Koeffizient 600 für einen Doppelbasist reibstoff bei einer Verbrennungsgeschwindigkeif von 10 mm/s, und ist kleiner als 600 für einen Komposittreibstoff.

Die Festtreibstoff-Stränge, bzw. der Block werden von einem Gitterkorb Aa gehalten, dessen Öffnungen das Ausströmen der Verbrennungsgase nicht behindern. Im Brennkammerobertei! ist ein Zündsystem A; angeordnet, das entweder einen klassischen Zünder besitzt oder einen Explosionsdrahtzünder. Das Zündsystem besitzt bevorzugt eine Primärladung aus Bariumoxyd und Magnesium und eine Sekundärladung aus stark exothermen Thermit.

Wird ein Komposittreibstoff mit einer relativ hohen Verbrennungstemperatur benutzt, dann wird ein Wärmeschild eingesetzt, um die mit starken Gasströmen in Berührung kommenden Teile der Brennkammer zu schützen.

Der lnjektionswarmetauscher B besitzt ein ebenfalls als hochfester Druckbehälter ausgebildetes Wärmetauschergehäuse ßi (Prüfdruck 200 at) und eine austauschbare Zentralkammer Bi. Der Zwischenraum zwischen dem Wärmelauschergehäuse und der Zentralkammer bildet eine Außenkammer ö), die über einen statischen Druckeinlaß ßs mit den Flammengasen, die durch die Zentralkammer strömen, in Verbindung steht. Der statische Druckeinlaß Bi besteht bevorzugt aus einem Ringquerschnitt, der sich durch Ausbildung der Zentralkammer aus zwei Rohren ergibt, von denen das obere kleineren Durchmesser besitzt und in Hone der Mündung des unteren Rohres oder wenig darunter endet.

Über Einspritzdüsen Bi am äußeren Umfang einer Düsenverengung /Jt erfolgt die Wasserinjektion in die Zentralkammer. Erfindungsgemäß können auch mehrere Reihen von ringförmig angeordneten Einspritzdüsen in der Düsenverengung vorgesehen sein. Um einen längeren Einspritzweg für das Wasser in der Düsenverengung zu haben, sind die Achsen der Einspritzdüsen gegenüber der Radialen tangential geneigt, um einen Wasserwirbel zu erzeugen (spiralförmiges Einspritzsystem), was den Wärmetausch verbessert

Durch weiter oben an der Zentralkammer angeordnete Hilfseinspritzdüsen Bb kann ein·? Vorinjektion erfolgen, solange der Wasserstand sich nicht unter diese Düsen gesenkt hat. Diese Vorinjektion unterstützt das Abkühlen der Flainmengase im Moment der Zündung, die eine hohe Wärmemenge freimacht.

Das Innere der Zentralkammer kann eine gewisse Mengt von Wasser enthalten, die als Puffer dient, der bei der Zündung verbraucht wird, was ebenfalls einen zu hohen Temperaturanstieg bei der Zündung verhindert.

Um das Wasser in den verschiedenen Räumen zu halten, ist eine Brechmembran Bt, in der Zentralkammer vorgesehen. Zum gleichen Zweck sind die verschiedenen Einspritzdüsen durch Stopfen Bi verschlossen.

Die Austrittsleitung C kann gerade oder abgebogen sein. Sie kann eine Beschaufelung aufweisen, um den in der Düsenverengung Ba erzeugten Spiralfluß aufrechtzuerhalten und den Mischweg des Gas-Wasserstromes zu verlängern, was einen besseren Wärmetausch und eine bessere Verdampfung des eingespritzten Wassers ergibt.

Der erfindungsgemäße Gaserzeuger kann eingesetzt werden zum Abschuß von ballistischen Raketen oder Torpedos aus Abschußrohren, die sich in der Luft oder unter Wasser befinden. Ferner kann er eingesetzt werden zum schnellen Unter-Druck-Setzen von pneumatischen Kreisen, zur direkten Betätigung von pneumatischen Zylindern oder von Turbinen. In allen Fällen benötigt der Gaserzeuger nur eine geringe Menge gelagerter Energie. Eine untersuchte Ausführungsform ermöglichte es beispielsweise, innerhalb einer Sekunde einen 18 t schweren Körper mit 30 m/s aus einem Abschußrohr auszustoßen, ohne daß die Temperatur im Abschußrohr 200° C überstieg. Das Auswerfen benötigte JO kg Festtreibstoff und 70 kg Wasserdampf. Die gesamte Werfervorrichtung wog höchstens 600 kg.

Ist nur eine einzige Austrittsleitung vorhanden, dann gibt der als Beispiel angeführte Gaserzeuger einen dynamischen Schub von 6 t ab. Dieser dynamische Schub kann unterdrückt werden, indem man mehrere einander gegenüberliegende Austrittsöffnungen an der Austrittsleitung Cvorsieht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gaserzeuger zur schnellen Erzeugung einer Gasmenge mäßiger Temperatur durch Verbrennung von Festtreibstoffen in einer Brennkammer und Kühlung mit verdampfendem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (A) mit ihrer Auslrittsdüse (A3) an einen Injektionswärmetauscher (B) angeschlossen ist, der eine von den Flammengascn durchströmte Zentralkammer (B2) besitzt, die über einen statischen Druckeinlaß (Bs) im oberen Teil mit einer die Zentralkammer umgebenden und Wasser enthaltenden Außenkammer (B)) verbunden ist, die einerseits über Einspritzdüsen (3i)mh dem unteren Teil der Zentralkammer in Verbindung steht, an die eine Austrittsleitung (C) angeschlossen ist.

2. Gaserzeuger nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der statische Druckeinlaß (Bs) aus einem Ringspalt zweier in gleicher oder nahezu gleicher Höhe endender Rohre unterschiedlichen Durchmessers besteht, welche die Wandung der Zentralkammer (Bi) bilden, wobei das obere Rohr den kleineren Durchmesser besitzt.

3. Gaserzeuger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (Bi)\n einer Dßsenverengung (Ba) der Zentralkammer (Bi) angeordnet sind.

4. Gaserzeuger nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihen von Einspritzdüsen (Bi) ringförmig im Querschnitt der Düsenverengung (Ba) angeordnet sind.

5. Gaserzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen bezüglich der Zentralkammerradialen tangential geneigt sind.

6. Gaserzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsleitung (C) mit einer Spiralbeschaufelung versehen ist.

7. Gaserzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einspritzdüsen (Bj) Stopfen (Bi) vorgesehen sind.

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8. Gaserzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil der Zentralkammer (Bi) unterhalb des statischen Druckeinlasses (Bs) eine Reihe von Hilfseinspritzdüsen (B%) angeordnet ist.

9. Gaserzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß über einer Brechmembran (Bb) in der Düsenverengung ('Steine Wassermenge vorgesehen ist.

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