DE2200102B2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Arbeitsgasstromes - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung eines ArbeitsgasstromesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Bei einer bekannten, im folgenden als Gasgenerator bezeichneten Vorrichtung dieser Art (deutsche
Offenlegungsschrift J 957 154) wird die chemische
Energie eines in den Generator geleiteten Brennstoffes in einer Brennkammer in Anwesenheit »»ines Oxadationsmittels
in Druck-. Wärme- und Bewegungsenergie der Abgase umgewandelt. Nach Expansion
und nach einer Beschleunigung in einer Beschleunigungsvorrichtung strömen die entstandenen Abgase
in einen Ejektor und in einen Kontakt-Energieaustauscher. In diesem Austauscher wird das Gemisch
aus Abgas und Oxydationsmittel in eine kreisende Bewegung unter gleichzeitiger Wärmeübertragung
versetzt, wobei das Oxydationsnatte' ejektorartig den
Austauscherraum angesaugt und mit den Abgasen vermischt wird. Das entstandene Mischgas wird
durch Fliebkraftwirkung komprimiert und ein Teil über einen die Strömung verzögernden Diffusor als
Oxydationsmittel in die Brennkammer geführt. Ein zweiter Teil des Arbeitsmediums wird aus dem Austauscherraum
einem Verbraucher, z. B. einer Turbine, Schubdüsen oder einem weiteren Wärmetauscher
zur Ausnutzung der D~jck-, Bewegungs- und
Wärmeeneigie zugeführt, wobei zur Bildung des ersten
Arbeitszyklus der Energieumwandlung eine äußere Energiequelle benutzt wird. Der Nachteil dieser
bekannten Vorrichtung liegt insbesondere darin, daß der Hauptteil des Oxydationsmediums, z. B. Luft, die
Vorrichtung axial durchströmt und der vergleichsweise geringe Anteil an Mischgas in eine Schraubenbevvegung
versetzt wird, um eine Kompression durch Zentrifugalkräfte zu erhalten. Die axial in die Vorrichtung
einströmenden Oxydationsgase müssen teilweise in Gegenrichtung umgelenkt werden, was
zwangläufig einen erheblichen Energieverlusl zur Folge hat.
Aufgabe der Erfindung ist es. eine derartige Vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein
kontinuierlicher Arbeitsgasstrom ohne abrupte Richtungsänderung und dadurch verursachte Leistungsverluste komprimiert in die Brennkammer bzw.
einem Verbraucher zugeführt wird. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptaiispruchs
angeführten Merkmale gelöst.
Gegenüber z. B. Turbokompressoren haben derartige Abgasgeneratoren den besonderen Vorteil, daß
sie keine umlaufenden Teile, wie z. B. Turbinenräder, aufweisen. Dadurch ergibt sich eine Reihe von
herstelJungs- und betriebstechnischen Vorteilen. z.B. höhere Betriebstemperaturen, geringere Wartung,
einfachere Regelmöglichkeit durch Verstellung beispielsweise der ortsfesten, Diffusor-Kanäle begrenzenden
Schaufeln und Wegfall von Schmierstc!- len. Eine besondere Leistungssteigerung gegenüber
der bekannten Abgasgenerator-Ausführung wird beim Erfindungsgegensumd durch Ausnützen einmal
der Fliehkräfte auf Grund der gekrümmten Mischkammer und zum anderen durch die Druckerhöhung
mittels der Diffusor-Kanäle erreicht. Zur Übcrbrükkung
besonderer, kritischer Betriebszustände können träge Schwung- bzw. Schaufelräder in den Abgisstrom
eingeschaltet werden, die gegebenenfalls Hilfsaggregate,
wie Brennstoffzufuhr, antreiben können.
Zur Steigerung der Kompression bzw. der Durchsatzmengen an Arbeitsmedium können mehrere der
erfindungsgemäßen Vorrichtungen in Reihe bzw. parallel geschaltet werden. Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen
Abgasgeneratoren sind unter anderem Flugzeugantriebe, Heizungen, Kcsselanlagen, Luftkissenfahrzeuge
od. dgl.
Jm f.ilgenden wird em Ausführungsbeispiel der Er- zweigt. Ein Geroischrest strömt zum Abgasrahr XS,
findung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Die in den Schlitzen verzögerten TeUströroeC verei-Es
zeigt njgen sieh vor der Brennkammer 3 zu einem relativ
Fig. I einen scnemaUschen Radialscbnitt durch langsamen, in die Brennkammer3 gerichteten Strom
«Jen Abgasgenerator, 5 mit einem notwendigen DruckgefäUe. Durch die
Fig. 2 eineZünd-bzw. Anlnßvorrichtung für den Fliehkraft-Kompression und die Diffusor-Abbrem-Abgasgenerator
nach F i g, 1 im Schnitt, äung strömt der Teilstrom C aus Luft und Startroe-
F i g. 3 eine schematische Seitenansicht einer Pro- duim in die Brennkammer 3, wo bei geeigneter
pellerturbine eines Flugzeuges mit drei Abgasgenera- Durchflußmenge die Brennstoffzuleitung für die
toren gemäß der Erfindung. ja Brennstoffdüse 1 geöffnet wird. Die erste Zündung
Die in F i g. 1 dargestellte, im folgenden als Abgas- erfolgt mit Hilfe einer Zündkerze 2. Bei Anwendung
generator bezeichnete Vorrichtung besteht aus einer von Startraketen, die einen Startstrom von hoher
Brennkammer 3 mit einem Flammrohr 4, aus einer Temperatur bilden, verläuft diese erste Zündung
Ejektordüse 8, aus einem Ansaugstutzen 9, einer automatisch. Die Energie der hochgespannten Ver-Mischkammer
11, einer Schlitzkammer 13 und einem 15 brennungsgase wird in der Ejektordüse 8 teilweise ir
Abgasrohr 15. Ein Brenner 1 wird über eine nicht Bewegungsenergie umgesetzt. Aus der Ejektordüse
dargestellte Fördereinrichtung mit einem gasförmi- strömen die Verbrennungsgase mit hoher Geschwingen
oder flüssigen Brennstoff versorgt. Das Ende der digkeit in die Mischkammer 11 und saugen dabei
Brennkammer mündet in die Ejektordüse 8, die wei- Frischhift durch das Ansaugrohr 9 an. Durch Vermiter
in einen Ejektor und in eine Mischkammer 11 20 sehen der Verbrennungsgase mit der angesaugten
mündet. Luft E kühlt sich das Gasgemisch in der Mischkamin die Mischkammer 11 strömen Verbrennungs- mer 11 und dem dieser nachgeschalteten Diffusor ab.
gase durch die Ejektordüse 8 und vom Ansaugstut- Es besitzt jedoch noch immer eine genügend hohe
zen 9 angesaugte Luft und von dieser in eine Schlitz- Temperatur, um fv.ie kontinuierliche Verbrennung
kammer 13. Die Abgase werden mit der Luft durch 25 ohne Zündkerze aufrechtzuerhalten. Gegebenenfalls
eine Wirbelwand 12 zu einem homogenen Gemisch kann die Zündkerze 2 als eine Ersatzeinnchtunr: beverwirbelt,
das mit annähernd gleichförmiger Ge- nutzt werden.
schwindigkeit in die Schlitzkammer 13 strömt. Die Durch die Schlitze 14 muß so viel Mischgas zur
Ejektordüse 8. der Stutzen 9 und die Mischkammer Brennkammer 3 abgezweigt werden, daß bei einer
11 bilden einen Ejektor, der den für eine vollständige 30 gegebenen Belastung des Abgasgenerators (Gegen-Verbrennung
notwendigen Luftüberschuß bewirkt. druck im Abgasrohr 15, Drosselung im Ansaugstut-Bei
großen Strömungsgeschwindigkeiten der aus der zen 9. Zustrom des Brennstoffs in der Brennkammer)
Ejektordüse 8 austretenden Abgase ist der Ejektor eine kontinuierliche Zirkulation sichergestellt ist und
mit Schlitzen zur Herabsetzung von Turbulenzen der Betrieb im Gleichgewicht steht,
versehen, die bei Strömungsmitteln mit sehr verschie- 35 Größere Nennleislungen können einfach durch denen Geschwindigkeiten entstehen. kreisförmige Anordnung mehrerer typisierter Gene-
versehen, die bei Strömungsmitteln mit sehr verschie- 35 Größere Nennleislungen können einfach durch denen Geschwindigkeiten entstehen. kreisförmige Anordnung mehrerer typisierter Gene-
Die Ejektordüse 8 ist von einem Mantel 10 umge- ratoren hintereinander oder durch Vergrößerung der
ben, der auf einer Seite mit dem Rohr 5 der Zulei- Generatorlänge senkrecht zur Strömungseben. ertung
des Startmediums verbunden ist (s. auch F i g. 1) reicht werden (in diesem Fall ist die Verbrennungsund
auf der anderen Seite gemeinsam mit der Ejek- 40 kammer flach gestaltet). Die zweite Art ist in kontordüse
8 in den Ejektor und in die Mischkammer 11 struktiver Hinsicht einfach und für die Ausbildung
mündet. Die Startvorrichtung ist weiter mit einem von Leistungsreihen am zugänglichsten.
Ventil 6 und mit einer Quelle des Mediums % ersehen, Der in Fig. 3 dargestellte Flugzeug-Propellertur-
Ventil 6 und mit einer Quelle des Mediums % ersehen, Der in Fig. 3 dargestellte Flugzeug-Propellertur-
die einen Ansatz 7 aufweist. Zum Anlassen können binenmotor ist durch eine ringförmige Vereinigung
Startraketen oder kleine Druckgasbomben (Sauer- 45 von drei Generatoren nach F i g. 1 gebildet. Ihre Abstoff)
benutzt werden. Bei der Benutzung von Start- gasrohre sind an einen gemeinsamen Sammler 16 zur
raketen wird das in Fig. 2 dargestellte Ventil 6 Beaufschlagung der Turbinenschaufeln 17 angedurch
eine Zündvorrichtung ersetzt. schlossen. In Fig. 3 sind ferner je eine Ansaugrohr-
Der Abgasgenerator arbeitet wie folgt: Zum An- leitung 18 der Generatoren, ein Auspuffrohr 19 des
lassen des Generators strömt ein oxydierendes Start- 50 Motors, ein Schaltgetriebe 20 und ein Antriebsprogas
S mit hohem Energieniveau durch den Mantel 10 peller 21 dargestellt,
in den Ejektor bzw. die Mischkammer 11. Abgasgeneratoren nach der Erfindung können
in den Ejektor bzw. die Mischkammer 11. Abgasgeneratoren nach der Erfindung können
Der Startgasstrom 5 kann auch an einer anderen auch zur Heizung von Kesseln oder Räumen eingegeeigneten
Stelle dem Umlauf zugeteilt werden Beim setzt werden. Die Ansaug- und die AuspufTrohrlci-Austritt
aus dem Mantel 10 bildet sich eine sehr aün- 55 tungen des Generators, ebenso wie seine anderen
stige doppelte Ejektionswirkung durch Ansaugen des Teile, können durch Schaufeln zur Gleichrichtung
Luftstroms E aus dem Ansaugstutzen 9 und des der Strömung ergänzt und der jeweiligen Verwen-Stroms
G aus der Generatordüse 8. Dadurch wird dung angepaßt werden.
eine intensive Strömung im Abgasgenerator hervor- Abgasgeneratoren gemäß der Erfindung können
gerufen. 60 auch unter dem Gesichtspunkt großer rezirkulieren-
Im Innern der Mischkammer 11 kommt es ai der und abgegebener Mischgasmengen ausgelegt sein,
einem komplizierten Austausch der Bewegungs- und wie sie z. B. zum Betrieb von Luftkissenfahrzeugen
Wärmeenergie zwischen dem Startmedium S, der an- erforderlich sind.
gesaugten LuftE und dem Gasstrom G aus der Ge- Die Motoren mit einem Abgasgenerator nach der
neratordüse8 und der Brennkammer3. In der ge- 63 Erfindung können leicht baukastenartig für die gekrümmten
Mischkammer 11 und der gekrümmten wünschte Leistung sowie auch für eine ganze Lei-Schlitzkammer
13 wird das Gemisch durch Flieh- stungsreihe ausgestaltet werden. Sie arbeiten prakkräfte
komprimiert und durch die Schaufeln 14 ver- tisch ohne Vibrationen. Die Motoren haben eine lan-
gere Lebensdauer als gebräuchliche Verbrennungsturbineii
und bedürfen nur einer sehr geringen Wartung. Schmierstellen und Kühlstellen sind nicht vorhanden,
und ihr Anschaffungspreis beträgt nur einen Bruchteil des Preises bekannter Motoren mit Turbokompressoren.
Die Motoren mit einem Abgasgenerator nach der Erfindung können leicht gestartet werden, da bei ihnen
keine Trägheitskräfte der Rotoren überwunden
werden müssen, die in den üblichen Motoren enthalten sind. Die Motoren mit Abgasgeneratoren nach
der Erfindung können beim Starten nahezu augenblicklich die maximale Leistung entwickeln.
Mit Rücksicht darauf, daß die Abgase im Motor praktisch in einem geschlossenen System umströmen,
kann nur eine kleine Menge verunreinigender, toxischer Gase im Vergleich mit der Gesamtleistung des
Motors in die Atmosphäre abgelassen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Erzeugung eines nach dem Anlassen durch eine äußere Energiequelle selbsttätigen,
kontinuierlichen Arbeitsgasstroms mit einer Mischkammer, in die Oxydaticnsgas angesaugt
wird, und mit einer «ine Brennkammer enthaltenden Rückführleitung, über die ein Teil des
in der Mischkammer erhitzten und teilweise ver- j ο
dichteten Arbeitsgasstromj abgezweigt und der Mischkammer nach Passieren der Brennkammer
zur Erzeugung einer Ansaugwirkung wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsachse der Mischkammer (11) gekrümmt ist, daß der Einlaß (9) für das Oxydationsgas
als tangential zur Mischkammer-Längsachse gerichteter, mit dem VerbrennungsgaS-strom
(G) betriebene Ejektor (8, 9, 11) ausgebildet ist und daß die aus der Mischkammer tangential
herausgeführte Rückiührleitung zwischen dem Abzweig (14. 15) und der Brennkammer al·*
Diffuse r ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Ansprach 1. dadurch gekennzeichnet, daß am Abzweig der Rückführleitung
Schaufeln (14) angeordnet sind, die zwischen sich diffusorartig erweiternde Kanäle (15)
begrenzen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsachse der Rückführleitung in Fortsetzung derjenigen der Mischkammer
(11. 13) gekrümm; ist.
4. V->rrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugstutzen (9) odei in de. Austrittsrohrleitung ein
Drosselmechanismjs zur Regelung und Stabilisierung des Betriebs vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln
(14) zur Verstellung der diffusorartigcn Knnäle
(15) verdrehbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer
(11, 13) eine Vorrichtung zur Änderung der Bahnkrümmung des strömenden Mediums
enthält.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Ansaugstutzen
(9) angeordnete Ejektordüse (8) von einem Mantelrohr (10) umgeben ist und der so
gebildete Ringkanal zum Anlassen mit einem Druckmittel beaufschlagt wird.
8. Anlage zur Frzcugung eines Arbeitsgasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung
der Kompression mehrere Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Reihe geschaltet
sind.
°. Anlage zur Erzeugung eines Arbcitsgasstromes,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Durchströmmengc mehrere Vorrichtungen
nach einem der Ansprüche 1 bis 7 strömungstechnisch parallel geschaltet sind.
Priority Applications (3)
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DE2200102A DE2200102C3 (de) | 1972-01-03 | 1972-01-03 | Vorrichtung zur Erzeugung eines Arbeitsgasstromes |
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