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Lader für Flugmotoren mit Zuführung von Zweitluft hinter dem Laufrad
durch einen Ejektor Die Erfindung betrifft ein Ladegebläse für Flugmotoren, bei
dem die geförderte Luft hinter dem Laufrad beim Durchströmen eines Ejektors weitere
Luft vom Druck der Außenluft ansaugt.
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Flugmotorenlader dienen zum Ausgleich des Druckabfalles in der Atmosphäre,
der sich nachteilig auf die Füllung und Leistung des Motors auswirkt.. Sie steigern
zu diesem Zweck den in' einer bestimmten Höhe herrschenden Luftdruck auf den Luftdruck
in Bodennähe. Bei Motoren, bei denen der Lader durch ein Getriebe mit unveränderbärer
übersetzung angetrieben wird,, wird der Ladedruck z. B. dadurch auf einem gleichbleibenden
Wert gehalten, daß mit Annäherung an den Boden die überschüssige Förderhöhe des
Laders durch eine Drossel vernichtet wird.
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Man hat nun schon vorgeschlagen, die überschüssige Förderhöhe nicht
zu vernichten, sondern sie dadurch nutzbar zu machen, daßman die vom Lader geförderte
Luft in einem Ejektor zum Ansaugen weiterer Luft benutzt, wobei der Enddruck des
E j ektors dem jeweils benötigten Ladedruck entspricht. Man braucht dann nur einen
Teil der Verbrennungsluft durch den Lader zu schicken und den Rest im E j ektor
ohne weitere Leistungsaufnahme zuzumischen und zu verdichten. Damit senkt man den
Leistungsbedarf für die Verdichtung der Gesamtladung und, was für den Motor wesentlich
ist, auch deren Endtemperatur.
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Es kommt bei diesem Verfahren darauf an, den Energieaustausch zwischen
Erst- und Zweitluft so früh wie möglich vorzunehmen, damit Umsetzungs- und Reibungsverluste
vermieden werden.
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In einem Ejektor wird Druckluft in einer Düse bis auf den Druck in
einer Mischungskammer entspannt. Sie nimmt dabei eine
hohe Geschwindigkeit
an, die sie durch Stoß an das Fördermittel, hier also an die Zweitluft, überträgt.
Das Gemisch wird dann in einer Auffangdüse gesammelt,. und in einem anschließenden
Diffusör unter Druckanstieg verzögert. Wenn das Gefälle einen bestimmten Wert überschreitet,
muß sich die Düse ähnlich den im Dampfturbinenbau gebräuchlichen Düsen nach einer
Verengung wieder erweitern.
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Bei einer bekannten Ausführung einer Zweitluftzumischung bilden je
zwei Schaufeln des Leitapparates im Lader einen Ejektör. Dies kann dadurch geschehen,
daß man die Schaufelkanäle durch Drehen der Leitschaufeln verengt und die Zweitluft
an der engsten Stelle durch Öffnungen zuführt. Bei dieser Bauart werden die Öffnungen
in der Nennflughöhe, wo die Zweitluftzuführung ausgeschaltet ist, durch eine zusätzliche
Klappe geschlossen. Die Regelung mit drehbaren Schaufeln hat. den Nachteil, daß
die Strahlpumpe nur unvollkommen ausgebildet werden kann (Fehlen der Auffangdüse
6, 7 in Abb. 2), und daß aus betrieblichen Gründen die Strahldüse in einem
bestimmten Abstand vom Laufradangeordnet werden muß. Anzustreben ist aber eine Anordnung
unmittelbar am Laufradaustritt, da im Spalt bereits eine Umsetzung von Strömungsenergie
in Druckenergie erfolg, die in der Düse wieder rückgängig gemacht werden muß. Diese
doppelte Umsetzung ist finit Verlusten verbunden.
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Ferner ist die erwähnte Regelungsart nicht möglich bei Gebläsen ohne
Leitschaufeln. Die Erfindung besteht nun darin, daß der E j ektor unmittelbar .
an der Austrittsstelle des Laufrades angeordnet ist und aus gegeneinander in Achsrichtung
verschi.ebbaren Ringschieberpaaren besteht, von denen das eine Schieberpaar die
Expansionsdüse und das andere Sehieberpaar die Auffangdüse bildet.
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Die Schieber, welche die Expansionsdüse bilden; sind hohl ausgebildet.
Durch diese hohlen Schieber erfolgt die Zuführung der Zweitluft. Durch entsprechende
Anordnung der Schieberpaare wird erreicht, daß, wenn die größte Ejektorschlitzbreite
eingestellt ist, sowohl die Zuführungsöffnungen für die Zweitluft im Ladegehäuse
als auch die Austrittsöffnungen für die Zweitluft. aus den hohlen Schiebern zugedeckt
sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abb. i und z schematisch
dargestellt. Abb. i zeigt eine Ansicht des mit zwei spiralförmigen Sammelrohren,
also für zwei Entnahmestellen eingerichteten Laders in Achsrichtung von der Einströmseite
aus.
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Abb. 2 zeigt einen Schnitt A-B.
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Es ist i das mit gleichbleibender Drehzahl angetriebene Laufrad. Die
Umsetzung der Geschwindigkeit der geförderten Luft. in Druck findet in der Spirale
2 statt. Am Umfang des Laufrades i sind die beiden ringförmigen Schieber 3 und ,4
vorgesehen, die durch mit Links- und Rechtsgewinde versehene Spindeln 5 in Achsrichtung
gegeneinander verschoben werden.
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Die Seitenwände der Schieber begrenzen einen Spalt, in dem sich die
Luft ähnlich wie bei einer Düse entspannt und hohe Geschwindigkeit annimmt. Um bei
großem Gefälle das ganze Gefälle in Geschwindigkeit verwandeln zu können, bilden
die Seitenwände der Schieber 3 und q.' hinter der engsten Stelle eine Erweiterung
in der Durchströmrichtung. Die Breite des Schlitzes: und damit die austretende Menge
kann durch Verstellen der Schieber geregelt werden.
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Nachdem die 'Luft den Ringspalt verlassen hat, tritt sie in einen
Mischraum ein, der durch die Wände der Schieber 6 und 7 gebildet wird.
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Die Schieber 3 und q. sind hohl. Der Innenraum dieser Schieber stellt
mit der Außenluft in Verbindung. -Die Zweitluft tritt unter Umgehung des Laders
unmittelbar in diesen Hohlraum ein und strömt durch die Ringspalte io zwischen den
Schiebern 3 und 6 bzw. q. und 7 gleichfalls in die Mischkammer. Die innere Begrenzung
der Schieber 6 und 7 ist so ausgebildet, daß ein nach außen verjüngter Ringspalt
entsteht, der der obenerwähnten Auffangdüse des Ejektors entspricht. Die Verzögerung
des Gemisches folgt dann in der anschließenden Laderspirale, wobei der Druck auf
den gewünschten Endwert ansteigt.
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Die Schieber 6 und 7 können mit einer Einrichtung zur Verstellung
gegenüber den Schiebern 3 und q. versehen sein, so daß jeweils die günstigste Weite
der Auffangdüse eingestellt werden kann. Es ist auch möglich, die Schieber 3 und
q. ungleich zu verschieben, so daß der Ejektor einseitig über dem Laufrad sitzt.
Hierdurch ist man in der Lage, die ringförmige Strahldüse in dem Bereich bester
Förderwirkung anzuordnen, der infolge der ungleichseitigen Form des Laufrades im
allgemeinen nicht in der Mitte der Laufradbreite liegen wird.
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Stellt man die größte Öffnung des Ejektors ein, so wird der Zweitluftraum
-abgeschlossen, und zwar in doppelter Weise. Einmal wird die Ringspalte io zwischen
den Schiebern 3 j und 6 und q. und 7 geschlossen, andererseits überdeckt der Schieber
3 die Zuführungsöffnungen 8 und 9 für die Zweitluft. Ein besonderes Absperrorgan
ist nicht erforderlich; die Teile für die Zweitlüftzuführung können organisch mit
dem Lader zusammengebaut werden.
Die Pfeile in Abb, 2 zeigen an,
wie die Luft innerhalb des Gebläses fließt.
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Die Erstluft tritt in das Laderlaufrad ein, erfährt darin eine Druck-
und Geschwindigkeitssteigerung. Die Druckenergie wird in dem Ringspalt- zwischen
den Schiebern 3 und q. in Geschwindigkeit umgesetzt; wobei ,der Druck unter den
Druck ani Eintritt des Laders absinkt.
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Die Zweitluft tritt gleichfalls durch den Ansaugstutzen ein, strömt
jedoch nicht in das Laufrad, sondern unter Umgehung desselben durch die Öffnung
8 in den Hohlraum des Schiebers 3 und durch die Öffnung 9 um die Spirale herum in
den Hohlraum des Schiebers q.. Durch die Ringspalte der Schieberpaare wird sie in
den Mischungsraurn gesaugt und von der Erstluft beschleunigt. Das Gemisch sammelt
sich in der Auffangdüse und wird in .der Spirale auf den Enddruck verzögert.
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Die Einstellung der Schieber kann, wie schematisch dargestellt, z.
B. durch ein Handrad erfolgen; es kann aber auch eine Hilfskrafteinrichtung-(Servomotor)
verwendet werden, die von Hand oder auch selbsttätig in Abhängigkeit von der Fl,ughöhe°oder
dem Betriebsdruck geregelt wird.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel,
das nur schematisch das Wesen der Erfindung zum Ausdruck bringt.