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Vorrichtung zum Einspritzen von Flüssigkeiten in den Einlaß von Gasturbinentriebwerken
Die Erfindung befaßt sich mit dem Einspritzen von Flüssigkeiten in den Einlaß von
Gasturbinentriebwerken, insbesondere solcher mit Axialverdichtern für Flugzeuge.
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Das Einführen eines Flüssigkeitsstrahls in den Lufteinlaß von Gasturbinentriebwerken
ist häufig für Wassereinspritzung oder bei Anwendung von Enteisungsmitteln für die
Einlaßteile und die ersten Schaufelreihen des Verdichters erforderlich. Der Fachmann
weiß, daß sich durch Einspritzen von Wasser oder besser eines Wasser-Methanol-Gemisches
in die von irgendeiner Art Brennkraftmaschine angesaugte Ladung dadurch Vorteile
erreichen lassen, daß die Ladung gekühlt wird und infolgedessen eine größere Luftmenge
in den Verbrennungskreislauf gelangt. Es ist auch bekannt, daß die Anwendung von
Alkohol oder anderen besonderen Enteisungsflüssigkeiten das Vereisen solcher Teile
von Flugzeugen, die bei schlechten Wetterbedingungen leicht vereisen, sehr wirksam
verhindern. Für beide Zwecke ist eine leichte und einfache Einrichtung, die sich
in dem Lufteinlaß des Gasturbinentriebwerkes anordnen läßt und eine gleichmäßige
Verteilung der Flüssigkeit über den gesamten Luftstrom bewirkt, sehr erwünscht.
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Der Lufteinlaß von Gasturbinentriebwerken ist üblicherweise ringförmig.
Bisher spritzt man das Wasser oder die anderen Flüssigkeiten mittels Zerstäuberdüsen
ein, die in Abständen rundherum auf die Einlaßwand verteilt sind und die Flüssigkeit
quer zu dem in den Verdichter eintretenden Luftstrom einspritzen. Wie schon erwähnt
wurde, hat
diese Anordnung den Nachteil, daß die Flüssigkeit nicht
gleichmäßig genug auf die Ringfläche des Einlasses verteilt werden kann und daß
außerdem ein fein zerstäubter Strahl den mit hoher Geschwindigkeit eintretenden
Luftstrom nicht vollständig durchdringt, da die kleinen Tröpfchen in steiler Wurfkurve
mitgerissen werden. Außerdem unterliegt dieses mit vielen Düsen ausgestattete System
selbst der Vereisungsgefahr, und das zu den Düsen führende Rohrsystem ist kompliziert
und schwer.
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Man hat auch schon eine nach vorn gerichtete Düse in der Nase der
mittleren Führungshaube vorgeschlagen, von der ein gleichachsig mit dem Einlaß liegender
konischer Strahl in Richtung nach vorn in den Luftstrom gelangt und eine verhältnismäßig
gute Verteilung der Flüssigkeit auf den Umfang erzielt. Auch dieser Strahl hat aber
nicht die nötige Durchschlagskraft und daher eine ungleichmäßige radiale Verteilung
der Flüssigkeit.
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Die Erfindung schafft eine Einrichtung, die eine gute Verteilung der
einzuspritzenden Flüssigkeit sowohl auf den Umfang als auch radial zustande bringt.
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Dies wird dadurch erreicht, daß die Einspritzdüse oder die Einspritzdüsen
um oder etwa um die Längsachse des Einlasses des Gasturbinentriebwerkes umlaufen.
Da bei einer solchen Ausbildung der Einspritzvorrichtung nur eine oder jedenfalls
nur eine kleine Zahl von Düsen notwendig ist, kann die durch jede Düse eingespritzte
Flüssigkeitsmenge größer als bei den bekannten Einrichtungen mit vielen Düsen sein,
wodurch auch eine bessere Durchschlagskraft des Einspritzstrahles gegeben ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i eine Seitenansicht eines Gasturbinentriebiverkes, dessen innere
Teile gestrichelt dargestellt sind und dessen mittlere Einlaßführungshaube zur Veranschaulichung
der Einspritzvorrichtung aufgeschnitten ist, Fig.2 einen Längsschnitt durch die
Nase der Führungshaube und die Einspritzvorrichtung in größerem Maßstab, Fig. 3
einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. ,4 einen Längsschnitt durch die
Nase der Führungshaube mit einer anderen Ausführungsform der Einspritzvorrichtung
und Fig.5 einen Längsschnitt durch die Nase der Führungshaube mit einer dritten
Ausführungsform der Einspritzvorrichtung.
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Bei dem in Fig. i dargestellten Triebwerk handelt es sich um ein Gasturbinentriebwerk
mit axialer Durchströmung. Der Axialverdichter hat einen ringförmigen Einlaß i i,
der durch innere und äußere Führungswände begrenzt wird und dessen innere Führungswand
als mittlere Führungshaube 12 ausgebildet ist.
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Die Einspritzvorrichtung ist in dieser mittleren Führungshaube angeordnet
und weist, wie Fig.2 und 3 zeigen, zwei Düsen 13 auf, die mit einer mittleren Kammer
14 durch tangentiale Bohrungen I5 geringen Durchmessers verbunden sind. Die Kammer
14 ist nach vorn durch eine Schraubkappe 14° abgeschlossen, die für später darzulegende
Zwecke aus porösem Werkstoff besteht. Der Kopf der Einspritzvorrichtung besteht
aus einem pilzförmigen Bauteil 16, das mittels einer an ihm befestigten Hohlwelle
17 in Kugellagern 18 gelagert ist, die in dem Gehäuse 12° angeordnet sind. Das Gehäuse
bildet zusammen mit der Einspritzvorrichtung 16 den vorderen Teil der mittleren
Führungshaube 12, und alle Teile gehen glatt ineinander über. Die Bohrung 17° der
Hohlwelle 17 bildet die Zuführungsleitung zu der Kammer 14. Unmittelbar hinter den
Lagern 18 befindet sich innerhalb der Führungshaube eine zweite Kammer i9, der die
einzuspritzende Flüssigkeit durch die Leitung 20 von einer entfernter liegenden
und nicht dargestellten Quelle aus zugeführt wird. Von dieser Quelle zu den Düsen
13 besteht also eine ununterbrochene Verbindung.
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Die Flüssigkeit wird der Kammer i9 unter Druck zugeführt. Sie fließt
dann durch die hohle Welle 17 in die Kammer 14 und von dort durch die Bohrungen
15 zu den Düsen 13. Die Bohrungen 15 sind vorzugsweise im rechten Winkel zur Drehachse
der Einspritzvorrichtung und nicht radial angeordnet, so daß die Einspritzstrahlen
mehr seitlich als radial austreten (s. Fig. 3). Dadurch wird die Einspritzvorrichtung
infolge des Rückstoßes der Einspritzstrahlen in der Richtung des in Fig. 3 eingezeichneten
Pfeiles A in Drehung versetzt.
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Es können aber auch andere Mittel verwendet werden, um die Einspritzvorrichtung
zu drehen. Bei der in Fig.4 dargestellten Bauart erfolgt der Antrieb z. B. durch
einen kleinen Elektromotor 21, der hinter der Kammer i9 angeordnet und mit der Welle
17 durch eine Keilverzahnung 22 gekuppelt ist. Die durch die Leitung 20 in die Kammer
19 eintretende Flüssigkeit gelangt aus der Kammer durch Bohrungen 23 in die Bohrung
17° der Welle 17 und dann in der gleichen Weise wie bei dem vorher beschriebenen
Ausführungsbeispiel zu den Düsen.
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Bei der in Fig.5 dargestellten Bauart ist an Stelle des Elektromotors
ein hydraulischer Motor 2.4 vorgesehen, der mit der Einspritzflüssigkeit selbst
betrieben wird. Diese Flüssigkeit tritt durch die Leitung 20 unter Druck in den
Motor 24 ein und verläßt diesen in die Kammer i9. Von hier gelangt sie in der gleichen
Weise wie bei dein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zu den Düsen.
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Ein kleiner Teil der in die Kammer 14 gelangenden Flüssigkeit dringt
durch die poröse Kappe i4° an deren Oberfläche und fließt dann auf dieser entlang
nach hinten. Dadurch wird, wenn die Vorrichtung mit Enteisungsflüssigkeit betrieben
wird, Eisbildung auf der vorderen, durch die eingespritzte Flüssigkeit nicht erreichten
Nase der Führungshaube verhindert.
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Es versteht sich, daß die Vorrichtung für Wassereinspritzung anders
als für die Einspritzung von Enteisungsflüssigkeit ausgebildet sein muß, denn obwohl
es in beiden Fällen auf eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf
die einströmende Luft und eine vollkommene Durchdringung
dieser
Luft ankommt, sind die einzuspritzenden Mengen bei Wassereinspritzung wesentlich
größer als im anderen Falle. Deshalb ist für den Fall, daß die Vorrichtung für beide
Zwecke verwendet werden soll, vorgesehen, zwei verschiedene Systeme von Kammern,
Leitungen und Bohrungen in ein und derselben Vorrichtung anzuordnen. Es bestehen
keine wesentlichen Schwierigkeiten, 'zwei solche getrennten Systeme, eine geeignete
Regelung der Zuführungsdrücke und die richtigen Drehzahlen und Düsen vorzusehen,
um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
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Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, die Einspritzvorrichtung
ringförmig auszubilden und an der äußeren Wand des Einlasses mit nach innen gerichteten
Einspritzdüsen anzuordnen. Man erkennt daraus, daß die gezeigten Ausführungsformen
nur Beispiele sind, und daß Änderungen der Form, Größe und Anordnung der Teile möglich
sind, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen zu werden braucht.