-
Teilchen-Abtrennvorrichtung Es wird eine Teilchen-Abtrennvorrichtung
für das Abtrennen und Entferne#n von Fremdstoffteilchen aus der einem Motoreneinlaß
zugeführten Luft geschaffen, die eine Mehrzahl identischer Kanalanordnungen aufweist.
Die Kanalanordnungen liegen Seite-an-Seite in einer bestimmten Plattenfläche vor.
Das Abtrennen wird dadurch erreicht, daß die Teilchen auf eine hohe Geschwindigkeit
beschleunigt und der Luftstrom dergestalt umgelenkt wird, daß die Trägheitskraft
der Teilchen dieselben in eine Fangfläche trägt.
-
Die Erfindung betrifft allgemein Teilchen-Abtrennvorrichtungen und
insbesondere eine Teilchen-Abtrennvorrichtung für das Entfernen von Verunreinigungen
wie Sand und Staub aus dem einem Motor zugeführten Luftstrom.
-
Die Wirkungen einer mit Teilchen beladenen oder schmutzigen Luft bezüglich
des gesamten Wirkungsgrades und des Betriebes
von Motoren ist allgemein
bekannt. Bei Verbrennungsmotoren, wie sie für den Antrieb von Kraftfahrzeugen oder
dgl. angewandt werden, führt eine schmutzige oder verunreinigte Luft dazu, daß der
Motor mit verringertem Wirkunggrad läuft, wodurch die Leistung verringert und der
Benzinverbrauch erhöht wird. Bei Gasturbinenmotoren der Art, wie sie für den Antrieb
von Hubschraubern und dgl. angewandt werden, hat der Betrieb in mit Sand geladener
Luft zu einer außerordentlich strarken Zunahme einer Motorenbeschädigung durch Erosion
geführt, und hierdurch wird das Erfordernis bezüglich wirksamer Systeme unterstrichen,
durch die derartige Motoren gegen die in der Luft mitgeführten Teilchen geschützt
werden. Dieses Problem ist stärker ausgeprägt bei kleineren Motoren, wo die relativ
empfindliche Art der Bauteile desSTrömungskanals und die in Anwendung kommenden
hohen Winkelgeschwindigkeiten zu einer erheblichen Verringerung der Motorentoleranz
gegenüber dem Einsaugen von Sandteilchen führt. Im Verlaufe der Jahre sind zahlreiche
Sand- und Staubabtrennvorrichtungen entwickelt worden. Beispiele für derartige Abtrennvorrichtungen
finden sich in den US-PSen 3 371 471, 3 534 548, 3 673 771 und 3 720 045.
-
Der durch diese Vorrichtungen bedingte verbesserte Motorenschutz hat
deren Anwendung mehr als gerechtfertigt. Physikalische Begrenzungen bedingt durch
die Motorenkonfigurationen haben jedoch das Anwenden derartiger Vorrichtungen eingeschränkt.
DerartigeVorrichtungen besitzen weiterhin lediglich spezielle Nutzanwendung bei
Gasturbinenmotoren.
-
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin,
eine Teilchen-Abtrennvorrichtung zu schaffen, die im Zusammenhang mit beliebigen
vorhandenen Motoren angewandt werden kann.
-
Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin,
eine Teilchen-Abtrennvorrichtung zu schaffen, die in Zusammenhang mit Kraftwagen-
und Lastwagenmotoren und auch Gasturbinenmotoren angewandt werden kann.
-
Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin,
eine Teilchen-Abtrennvorrichtung zu schaffen, die Seite-an-Seite angeordnet eine
Mehrzahl an Kanalanordnungen aufweist.
-
Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin,
eine Teilchen-Abtrennvorrichtung zu schaffen, die eine praktisch flache Plattenkonfiguration
aufweist, wobei die Größe dieser Platte verändert werden kann in Abhängigkeit von
den Erfordernissen des Motors, an dem die Abtrennvorrichtung zur Anwendung kommen
soll.
-
Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Teilchen-Abtrennvorrichtung
für das Entfernen von Fremdstoff-Teilchen aus dem einem Motor zugeführten Luftstrom
geschaffen. Die Abtrennvorrichtung weist eine Mehrzahl identischer Kanalanordnungen
auf, die Seite-an-Seite in einer praktisch flachen Plattenkonfiguration liegen.
Das Abtrennen wird dadurch erzielt, daß die Teilchen auf eine hohe Geschwindigkeit
beschleunigt werden und der Luftstrom so umgelenkt wird, daß die Trägheitskraft
der Teilchen dieselben in die Fangfläche trägt. Die eingefangenen Teilchen können
in der Fangfläche zwecks späterer Entfernung festgehalten werden, oder die Teilchen
können einer gemeinsamen Reinigungshauptleitung zugeführt werden, von wo aus dieselben
über Bord entfernt werden können.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Teilseitenansicht,
teilweise weggebrochen, eines Gasturbinenmotors, an dem die erfindungsgemäße Teilchen-Abtrennvorrichtung
angeordnet ist.
-
Figur 2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Teilchen-Abtrennvorrichtung.
-
Figur 3 eine Draufsicht von oben auf die Abtrennvorrichtung nach Figur
2.
-
Figur 4 eine vergrößerte Ansicht längs der Linie 4-4 nach der Figur
3.
-
In der Figur 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Teilchen-Abtrennvorrichtung 10 wiedergegeben.
-
Die Abtrennvorrichtung 10 wird bei dieser Ausführungsform in Zusammenhang
mit einem Gasturbinenmotor 12 angewandt. Die Abtrennvorrichtung 10 kann jedoch in
Zusammenhang mit einer beliebigen Moetorenart angewandt werden, bei der saubere
Luft für den Betrieb derseben zugeführt werden muß.
-
Die Abtrennvorrichtung 10 ist in geeigneter Weise stromauf bezüglich
der Arbeitseinheit 14 befestigt. Die Arbeitseinheit 14 weist eine Kompressorstufe
16 auf, die mit dem Einlaßströmungskanal 18 zusammenarbeitet. Der Strömungsknanal
18 verläßt die Kompressorstufe 16 und tritt in bekannter Weise in die Arbeitseinheit
20 mit Verbrennungskammer/Enerqie-Erzeugungsanlage ein. Eine geeignete Anordnung
wie ein Gehäuse 22
verbindet die Abtrennvorrichtung 10 mit der Arbeitseinheit
14 und ergibt einen Strömungskanal zwischen der Abtrennvorrichtung 10 und dem Strömungskanal
18.
-
Unter Bezugnahme auf die Figuren 2 - 4 ist hier die Abtrennvorrichtung
10 so gezeigt, daß dieselbe eine flache Plattenkonfiguration aufweist, die durch
ein Gehäuse 23 gebildet wird.
-
Das Gehäuse 23 wird durch Stirnwände 24 und 26 und Seitenwände 28
und 30 begrenzt.
-
In Inneren des Gehäuses 23 und zwischen den Seitenwänden 28 und 30
liegt eine Mehrzahl identischer Kanalanordnungen 32 vor. Unter Bezugnahme insbesondere
auf die Figur 4 ergitbt sich, daß die Anordnungen 32 jeweils eine Mehrzahl an Lufteinlaßkanälen
34 und eine Mehrzahl an Luftauslaßkanälen 36 begrenzen. Man sieht, daß der Einlaßkanal
34 gegenüber dem Auslaßkanal 36 dergestalt verschoben oder vesetzt ist, daß die
hindurchtretende Luft gewendet oder umgelenkt wird.
-
Die Anordnungen 32 können aus einem geeigneten Material, wie Blech,
Kunststoff oder dgl. hergestellt sein. Die Anordnungen weisen allgemein ein abgerundetes
vorderes Teil 38, einevordere Wand 40, hintere Wand 42, ein abgerundetes hinteres
Teil 44 auf, wobei das letztere eine geneigte Eingangswand 46 und eine Seitenwand
48 hat. Man sieht, daß eine querseitige Wand 50 die vordere Frontwand 40 mit der
hinteren Frontwand 52 des abgerundeten hinteren Teils 44 verbindet, wodurch sich
eine querseitige Verschiebung zwischen dem abgerundeten Frontteil 38 und dem abgerundeten
hinteren Teil 44 ergibt. Die Anordnungen 32 können einstückig ausgebildet sein,
wie es hier gezeigt ist. Die verschiedenen Teile und Wände können unabhängig ausgebildet
und sodann miteinander verbunden sein. Es sind Teilanordnungen 32 a und 32 b an
den
äußeren Enden der Abtrennvorichtung 10 angeordnet und arbeiten
mit benachbarten Anordnungen 32 unter Ausbilden einer vollständigen Einheit zusammen.
-
Die Anordnungen 32, 32a und 32b sind zwischen den Seitenwänden 28
und 30 in geeigneter Weise befestigt. Die Anordnungen können an den entsprechenden
Seitenwänden angeschweißt oder angelötet sein, oder es kann jede Seitenwand mit
einem komplementär ausgebildeten Kanal darin ausgebildet sein, um so die Enden der
entsprechenden Anordnungen aufzunehmen.
-
Wie anhand der Figur 4 gezeigt, wird die Luft und die Teilchen in
die Abtrennvorrichtung 10 durch den Einlaßkanal 34 eintreten, wie er durch die hintere
Wand 42 einer Anordnung und die vordere Frontwand 40 der benachbarten Anordnung
begrenzt wird.
-
Das Abtrennen der Teilchen, die hier durch Punkte wiedergegeben sind,
von der sauberen Luft, die hier durch Pfeile wiedergegeben ist, wird dadurch erreicht,
daß die Luft und die Teilchen auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und der
Luftstrom zwecks Erreichen des Auslaßkanals 36 gebogen oder umgelenkt wird. Die
Teilchen in dem Luftstrom besitzen eine hoeh Trägheitskraft und verlaufen in einer
praktisch axialen Richtung und werden mit dem Luftstrom nicht umgelenkt.
-
Die Teilchen verlaufen weiter nach hinten in eine Fang- oder Sammelkammer,
die durch das hintere abgerundete Teil 44 gebildet wird. Die nachteiligen Wirkungen
eines Rückpralls der Teilchen werden dadurch verringert, daß die Wände 40 und 42
parallel zueinander velaufen, wodurch sich ein Einlaßkanal mit parallelen Seiten
ergibt. Die Teilchen verlaufen somit in den Einlaßströmungskanal in einer praktisch
geraden Linie und werden auf die geneigte Eingangswand auftreffen. Der Rückprall
der Teilchen an dieser Stelle erfolgt
in Richtung auf den Eingang
der Sammelkammer, und es ergibt sich somit keine nachteilige Beeinflussung des Wirkungsgrades
der Abtrennvorrichtung 10. Weiterhin werden die in die Sammelkammer eintretenden
Teilchen daran gehindert, aus der Kammer heraus zurückzuspringen, und zwar aufgrund
der geneigten Konfiguration der Eingangswand.
-
Man sieht somit, daß die in dem in die Abtrennvorrichtung 10 eintretenden
Luftstrom vorliegenden Teilchen aus demselben abgetrennt werden und dem motor ein
Luftstrom zugefürt wird, der praktisch frei von Teilchen ist.
-
Die im Inneren der Sammeikammern gesammelten Teilchen können darin
festgehalten werden, bis sie zu einem# späteren Zeitpunkt entleert werden. Nach
der bevorzugten und heir gezeigten Ausführungsform jedoch wird eine gemeinsame Reinigungs-Hauptleitung
54 angewandt, die die Teilchen aus jeder Kammer sammelt für eine Abgabe derselben
über Bord. Die Hauptleitung 54 ist in geeigneter Weise an der:Außenseite der Seitenwand
30 befestigt. Die Seitenwand 30 ist mit einer Mehrzahl öffnungen 56 versehen. Die
öffnungen 56 sind komplementär ausgeführt unter Ausbilden einer Verbindung zwischen
der Reinigun#gs-Hauptleitung 54- und den entsprechenden Sammelkammer jeder Anordnung,-wie
sie durch das hintere abgerundete Teil 44 jeder Anordnung begrenzt wird. Ein kleiner
Prozentsazt, etwa 10 %, der durch die Abtrennvorrichtung 10 fließenden Luft wird
an die Sammelkammern verloren gehen.
-
Dieser kleine Prozentsatz der Luftströmung ist ausreichend um die
eingefangenen Teilchen aus den Sammelkammern zu der Reinigungs-Hauptleitung 54 zu
tragen. Die Teilchen werden aus der Hauptleitung 54 in geeigneter Weise, wie z.B.
vermittels einer Reinigungspumpe 58, die hiermit über die Leitung 57 verbunden ist,
entfernt, und diese Pumpe wird durch die Arbeitseinheit 60 des Getriebes angetrieben.
Anschließend werden die Teilchen über Bord abgegeben.
-
Man sieht, daß die Entfernung, über die sich die Teilchen von dem
Einlaß zu dem Auslaß der der Abtrennvorrichtung 10 bewegen müssen, dadurch gering
ist, daß eine Vielzahl an Strömungskanälen vorgesehen ist. Es können weiterhin Abänderungen
bezüglich der hier beispielsweise wiedergegebenen Konfiguration vorgesehen werden,
um so Anpassungen an verschiedene Parameter durchzuführen, die von der Einlaßgeometrie
und den Leistungserfordernissen des Motors abhängen, an dem die Abtrennvorrichtung
zur Anwendung kommt. Da jeder Kanal als solcher eine vollständige Abtrennvorrichtung
ist und lediglich eine gemeinsame Reinigungs-Hauptleitung vorliegt, können Kanäle
oder Anordnungen zusätzlich inAnwendung kommen, oder es kann eine geringere Zahl
in Anwendung kommen, und weiterhin kann eine Verlängerung oder Verkürzung durchgeführt
werden, ohne daß sich hierdurch wesentliche Einwirkungen auf die Leistungsfähigkeit
ergeben. Es ist weiterhin zu beachten, daß die Schwerkraftwirkungen unwesentlich
sind bezüglich der Trägheitskräfte der Teilchen, und somit ist die Orientierung
der Abtrennvorrichtung bezüglich der Erdoberfläche nicht von Wichtigkeit. Außerdem
ist zu beachten, daß die Anordnung dieser Abtrennvorrichtung stromauf auch als Geräuschdämpfung
dienen kann, d.h. dem hochtonigen Kompreseorgeräusch an dem Einlaß.
-
Aufgrund der speziellen baulichen Merkmale der erfindungsgemäßen Teilchen-Abtrennvorrichtung
ergibt sich weiterhin, daß kein Erfordernis vorliegt, bereits vorhandene Motoren
abzuwandeln, noch ist eine große Fläche für die Aufnahme der Abtrennvorrichtung
erforderlich. Die Abtrennvorrichtung erfordert einen relativ kleinen Raum und kann
in jeder Richtung orientiert sein.