DE8007050U1

DE8007050U1 - Heissgasfilter

Info

Publication number: DE8007050U1
Application number: DE19808007050U
Authority: DE
Original assignee: Edo Corp New York Ny Us
Current assignee: Edo Corp New York Ny Us
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE3009898A1; US4277262A

Description

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		Patentanwälte
Dipl.-Ing.		Dipl.-Chem.
E. Prinz	-	Dr. G. Häuser
		Ernsbergerstrasse 19
		8 München 60

13. März 1980

EDO CORPORATION

College Point

New York, New York, /V.St.A.

Unser Zeichen: E 989

Heißgasfilter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Filter, der viele Male ohne Beschädigung dazu benutzt werden kann, Schmutz oder andere Verunreinigungen aus Hochtemperaturgasen zu entfernen, die von brennenden Treibstoffen erzeugt werden, so daß verhindert wird, daß die Verunreinigungen bewegliche Teile verstopfen, die dem Gas ausgesetzt sind.

Bei derzeit im Einsatz befindlichen militärischen Hochleistungsflugzeugen müssen Außenbordkörper vom Flugzeug mit hoher Geschwindigkeit entfernt werden, damit sie das Strömungsfeld des Flugzeugs ohne Beschädigung verlassen. Dies wird gewöhnlich mit Hilfe von Ausstoßgestellen, Raketenwerfern und dergleichen unter Verwendung von Sprengkartuschen bewirkt, die Hochtemperaturgase als Energiequelle erzeugen. Die Hochtemperaturgase wirken auf kolbenbetätigte Vorrichtungen, die

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I ihrerseits die Außenbordkörper mit der gewünschten hohen

I Geschwindigkeit ausstoßen. Die in herkömmlichen Kartuschen

I verbrannten Treibstoffe erzeugen Gase mit einer Temperatur

I über 2480⁰C (4500⁰F). Unverbrannter Treibstoff, Zünder-

;^;; rückstände, Oxide der Kartuschengehäuse und Erosionsprodukte

fe an der Durchbruchstelle erzeugen Teilchen, die schließlich

§ zu einem Verstopfen der Rohrleitungen im Ausstoßgestell, der

Ausstoßkanonen oder dergleichen führen.

Bisher sind die Rückstände dieser Teilchen dadurch entfernt

worden, daß das Ausstoßgestell und dergleichen periodisch I zerlegt und gereinigt wurde, was ein teurer Vorgang ist, der

Ii- die Betriebsbereitschaft des Ausstoßgestells beeinflußt.

i| Wenn andererseits die periodische Reinigung nicht durchge-

I führt wurde, ergab sich eine Beeinflussung der Zuverlässigkeit,

I da der Aufbau der Rückstände zur Folge haben kann, daß das

I Ausstoßgestell nicht mehr richtig arbeitet. Es sind verschie-

I dene Lösungen dieses Problems angestrebt worden; beispiels-

Ji, weise wurde versucht, eine sauber brennende Kartusche zu er-

K halten, die keine Verunreinigungen ergibt, und es wurde ver-

[v sucht, einen Filter zu schaffen, der die Verunreinigungen

I aus dem Weg des Hochtemperaturgases entfernt, bevor das Gas

|; auf die kolbenbetätigten Vorrichtungen einwirkt. Eine aus-

1; reichend sauber brennende Kartusche muß erst noch entwickelt

ν werden, und Filter, die über eine große Anzahl von Betriebs-

:-: zyklen benutzt werden können, sind wegen der zerstörenden

Auswirkungen der hohen Gastemperatur auf den Filter noch nicht erhalten worden.

Die Erfindung bezieht sich auf einen wiederverwendbaren Filter für Hochtemperaturgase, der die Rückstände des Gases sammelt ;i und dadurch einer kolbenbetätigten Vorrichtung, wie sie in

■■; einem Ausstoßgestell, einem Raketenwerfer oder dergleichen

vorhanden ist, ein saubereres Gas zuführt. Der Betrieb der

kolbenbetätigten Vorrichtung wird daher zuverlässiger, und es ergibt sich ein geringerer Wartungsbedarf als bei bisher im Einsatz befindlichen Systemen. Der Filter ist unter Verwendung besonderer Materialien und mit besonderer Form aufgebaut, so daß er ohne Abschmelzen oder Erosion Gastemperaturen über 248O⁰C (4500⁰F) standhalten kann. Auf diese Weise wird ein Heißgasfilter erhalten, der für zahlreiche Abschüsse in Bombenabwurfgesteilen, Kanonen und dergleichen wiederverwendet werden kann, ohne daß es zu einem Blockieren oder Verstopfen der kolbenbetätigten Vorrichtungen kommt, ohne daß eine Wartung benötigt wird. Die Erfindung macht von Filterbauteilen aus Molybdän, Niob oder Tantal Gebrauch, die bezüglich des erzeugten heißen Gases ausreichend hohe Schmelzpunkte haben. Der Filter ist mit ausreichend breiten Spiralstreifen- und Abstandsstützvorrichtungen ausgestattet, damit ausreichende Kühlkörper entstehen, die ein Schmelzen verhindern, wobei die benachbarten Windungen des Spiralstreifens mechanisch im Abstand voneinander gehalten sind, damit zwischen den Windungen feine Schlitze zum Erfassen der Verunreinigungen entstehen. Die Bauteile dürfen jedoch nicht so groß sein, daß sie das Gas zu stark kühlen und dessen Energie verbrauchen, bevor sie die Stelle erreichen, an der sie als Energiequelle wirken sollen; die Bauteile müssen ausreichend klein sein, damit sie in die beabsichtigte Arbeitsunnjebung eines Flugzeugs oder einer Rakete passen. Die Ausführung muß so getroffen sein, daß eine ausreichende Größe zur Erzielung einer maximalen Filterkapazität ohne übermäßigem Druckabfall im Gas erreicht wird.

Die Erfindung kann auch dort angewendet werden, wo heiße Gase aus brennenden Treibstoffen zum Betätigen von Vorrichtungen oder Antriebsmechanismen, beispielsweise in Kreiseln in einer Rakete, oder zur Erzielung eines Schubs in einer

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Rakete zur Änderung ihrer Bahn benutzt werden, wobei es im
zuerst genannten Fall erwünscht ist, daß die Verunreinigungen in dem Gas den Kreisel nicht verstopfen, während im zuletzt
genannten Fall die Verunreinigungen im Gas Steuerventile
nicht verstopfen dürfen, durch die die Gase strömen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber
erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht des Eintrittsendes des Filters nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt des Filters längs der Linie 2-2 von
Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ansicht eines Abschnitts des den Filter nach der Erfindung bildenden Streifens.

Der in der Zeichnung dargestellte Heißgasfilter 10 nach der
Erfindung weist eine allgemein zylindrische Außenform auf,
die durch ein Gehäuse 11 bestimmt ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein zentrisch angebrachter Zapfen 12. Der
Filter 10 weist eine oder mehrere Flachspiralen 12 und 13
(Fig. 2) auf; jede Flachspirale ist von einem flachen Metallstreifen 15 gebildet, der gemäß den Figuren 1 und 2 um den
zentrisch angebrachten Zapfen 12 gewickelt ist. Jeder Metallstreifen 15 ist mit allgemein runden Höckern 16 versehen, die längs einer Seite 15a des Streifens 15 im Abstand voneinander angebracht sind, wie Fig. 3 zeigt. Die im Abstand voneinander liegenden Hocker 16 dienen dazu, benachbarte Windungen jeder
Fiachspirale im Abstand voneinander zu halten, damit radiale
Spalte 17 zwischen den Windungen entstehen. Jede Flachspirale besteht aus einer großen Anzahl von Windungen, beispielsweise in der Größenordnung von mehr als hundert; die Figuren 1 und
2 sind demgemäß nur schematische Darstellungen.

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Jede Flachspirale 13 und 14 erstreckt sich nach außen zum Gehäuse 11, von dem sie radial eingespannt wird, damit der Filter in seiner Radialrichtung dicht zusammengehalten wird. Die Hocker 16 sind längs des Streifens 15 dicht genug beieinander angeordnet, damit der Filter relativ steif wird und eine genaue Einstellung des Radialabstandes zwischen benachbarten Windungen der Spiralen 13 und 14 erhalten wird.

Zwischen dem Eintrittsende 18 des Filters und der Spirale 13, zwischen dem Austrittsende 19 des Filters und der Spirale 14 sowie zwischen den Spiralen 13 und 14 bei Verwendung von zwei Spiralen sind gefaltete Abstanclsstützen 20 angebracht. Eine solche Abstandsstütze, die aus einem abgebogenen, ununterbrochenen Streifen gebildet ist, ist in Fig. 1 zu erkennen; sie hat eine solche Form und Festigkeit, daß die axiale Lage einer oder mehrerer Spiralen im Filter aufrechterhalten wird und daß die Querschnittsgestalt des Gehäuses 11 des Filters an den Umfangsabschnitten, die nicht von der einen oder den mehreren Flachspiralen 13,14 gestützt sind, gestützt und aufrechterhalten wird.

Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, strömt das heiße Gas aus der brennenden Kartusche 21 durch den Filter 10 zu einem beweglichen Glied 22. Das Gas tritt in das Eintrittsende 18 des Filters ein und durchströmt die Flachspirale 13 durch Gasströmungsspalte 17, die durch den aufgrund der Hocker 16 am Streifen 15 vorhandenen radialen Abstand zwischen benachbarten Windungen der Spirale 13 gebildet sind. Das Hochtemperaturgas strömt dann im Falle eines Filters mit einer Spirale am Austrittsende 19 direkt aus dem Filter 10, oder es durchströmt im Falle eines mehrstufigen Filters ebensolche Spalte die in der gleichen Weise in der Spirale 14 gebildet sind. In einem mehrstufigen Filter können zwei oder mehr solche Filterspiralen in axialem Abstand voneinander benutzt werden.

Aufgrund des Durchgangs durch den Filter werden Verunreinigungsteilchen aus dem Hochtemperaturgas entfernt, indem sie an den Gasströmungsspalten 17 wegen des engen Radialabstandes zwischen benachbarten Windungen der Spiralen 13, 14 erfaßt werden. Der durch die Dicke der Höcker 16 bestimmte Radialabstand kann sich abhängig von der gewünschten Filterwirkung beispielsweise von einigen Mikron bis zu einigen Hundert Mikron ändern; außerdem kann der Radialabstand bei mehreren Spiralen in einem mehrstufigen Filter unterschiedlich ί sein.

Das Gehäuse 11 und der Mittelzapfen 12 können aus korrosions-

festem Stahl gebaut sein, da sie der Heißgasströmung nicht

übermäßig ausgesetzt sind. Der eine oder die mehreren Metall- \ streifen 15, was von der Anzahl der Flachspiralen abhängt,

und die Abstandsstützen 20 müssen aus einem Metall mit genügend hohem Schmelzpunkt bestehen, so daß das Heißgas mit einer Tem-

\ peratur über 2480⁰C (4500⁰F) nicht zum Schmelzen führt, wenn

es über diese Bauteile strömt.

; Molybdän, Niob oder Tantal können für die Metallstreifen 15

^; und die Abstandsstützen 20 in einem gemäß der Erfindung aufgebauten Filter benutzt werden.

Die Metallstreifen 15 und die Abstandsstützen 20 des Filters müssen so dimensioniert sein, daß genügend Wärme zum Verhindern ' des Schmelzens, jedoch nicht so viel Wärme absorbiert wird,

'■ daß das Gas zu stark gekühlt wird, bevor es die Stelle jenseits

■ des Filters erreicht, an der es als Energiequelle dienen und

Arbeit verrichten soll. Der Filter soll eine ausreichende Filterkapazität haben, damit das Gas keinen großen Druckabfall beim Strömen durch den Filter erfährt. Der Flugzeug- oder Raketenbereich, wo der Filter angewendet wird, erfordert kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht des Filters. Gewisse An-

wendungsfälle dar Erfindung können einen mehrstufigen Filter mit mehreren Spiralen zur Anpassung an diese verschiedenen Anwendungsfälle erfordern, wobei beispielsweise die Spirale 13 ein Grobfilter und die Spirale 14 ein Feinfilter ist. Die Metallstreifen 15 sind in der Radialrichtung des Filters mehrere Male dicker als die Dicke der Hocker 16, und gröbere oder feinere Filterspalte können durch Verändern der Dicke der Höcker 16 erreicht werden.

Im Rahmen der Erfindung können natürlich ohne weiteres Abwandlungen vorgenommen werden.

Claims

1. Heißgasfilter zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem durch einen brennenden Treibstoff erzeugten Gasstrom mit einer Gastemperatur über 2480⁰C (4500⁰F) ,

I wobei der Filter so ausgebildet ist, daß er dem heißen

I Gas mehrmals ohne Beschädigung ausgesetzt werden kann

I und in einem System zwischen dem brennenden Treibstoff

I und einem an der Filterabströmseite angebrachten beweg-

j?' lichen Glied dazu angewendet werden kann, das Verstopfen

I des Glieds zu verhindern, auch wenn es dem heißen Gas

ti mehrmals ausgesetzt worden ist, dadurch gekennzeichnet,

j; daß ein im wesentlichen zylindrisches Metallgehäuse vor-

j; gesehen ist, das Eintritts- und Austrittsenden aufweist,

I daß zentrisch in dem Gehäuse ein Metallzapfen angebracht

Ii ist, daß wenigstens ein Flachspiralelement vorgesehen

j; ist, das aus einem flachen Metallstreifen geformt ist,

'!.·■ der zur Bildung mehrerer Spiralwindungen um den Zapfen

!■ gewickelt ist, wobei der Außenumfang der Spirale von dem

■ Gehäuse radial angebracht und eingespannt ist, daß auf

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einer Seite des Metallstreifens im Abstand voneinander liegende Hocker angebracht sind, die zwischen benachbarten Windungen der Spirale einen Abstand herstellen und Filterspalte zwischen den Kanten der Windungen bilden, daß in dem Gehäuse mehrere aus Metall bestehende Abstandsstütfcen axial und radial an von der Filterspirale nicht besetzten Stellen in dem Gehäuse verlaufen, die den Filter in dem Gehäuse axial anbringen und die Umfangsform des Gehäuses stützen, und daß der Metallstreifen und die Abstandsstützen aus einem Metall bestehen, das dem Hochtemperaturgas ohne Schmelzen widerstehen kann.

2. Heißgasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abstandsstütze aus einem gefalteten Streifen besteht, der die Innenfläche des Gehäuses an mehreren Punkten entlang seiner Länge berührt.

3. Heißgasfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens zwei axial im Abstand voneinander befindliche Flachspiralenelemente und eine Abstandsstütze zwischen jeweils zwei benachbarten Spiralelementen.

4. Heißgasfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterspalte eines Spiralelements eine andere Abmessung Jn radialer Richtung als die Filterspalte eines zweiten Spiralelements haben.

5. Heißgasfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abstandsstütze ein gefalteter Streifen ist.

6. Heißgasfilter nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Streifens und der Abstandsstützen Molybdän ist.

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7. Heißgasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Streifens und der Abstandsstützen Tantal ist.

8. Heißgasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Streifens und der Abstandsstützen Niob ist.

9. Heißgasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Spiralwindungen, deren Abmessungen und die Abmessungen der Abstandsstützen derart sind, daß eine angemessene Filterung, eine ausreichende Wärmeabsorption zur Vermeidung des Schmelzens und eine minimale Energieentnahme des gefilterten Gases erhalten werden.