DE837192C - Drosseleinrichtung in der Luftleitung eines Verdichters - Google Patents

Description

• Drosseleinrichtung in der Luftleitung eines Verdichters Vcrl)reiiiiuiigsniotoren werden. wie lyekannt. durch \'er:iiiderttng des Druckes der zur Verbrennung dienenden Luft geregelt. Uies geschieht durch (Iin; in ilirein I)tircliströtnquersclinitt veränderliche Stelle d-"# r Ansaugleitung (Drosselklappe), durch die clie Luft unter Druckabnahme strömt. Von diesem Vorgang, Drosselung genannt, ist bekannt, daß die I.tift dabei keine Temperaturänderung erfahrt.
• Hs ist \@eiterliin bekannt. daß zur Verbesserung der Leistung neuzeitliche Brennkraftmaschinen mit e in'r Ladeeinrichtung (1.a(1-; r, Verdichter, Gebläse) :iusgei-iistet sind. Aufgabe der Ladeeinrichtung ist die Steigerung des Druckes der aus der Umgebung angesaugten l.tift. Hierbei erfährt die Luft notwendigerweise gleichzeitig eine Temperaturerhöhung.
• Es \verde zunächst der Fall der Flugmotoren betrachtet, die, wie bekannt, mit einem den Ladungsdruck steigernden Verdiehter, im folgenden als Lader bezeichnet, ausgerüstet werden, damit ihre Leistung nicht den durch die abnehmende Lustdichte mit zunehmender Hölle gegebenen Verlauf anzunehmen braucht, sondern die Ladung auch in größeren Höllen z. B. noch mit Bodendruck oder einem beliebigen höheren als Urugebungsdruck zugeführt -erden kann. Bei den durch ein Getriebe angetriebenen Flugmotorenladern ist maßgebend für die Bemessung des Laders und seiner Drehzahl eine bestimmte Steigerung von Ladedruck und Flughöhe. Für diese wird im folgenden von dem Volldruck in der Volldruckhöhe gesprochen. Da der Flugmotor in allen Flughöhen mit nahezu konstanter Drehzahl. betrieben werden soll und das zwischen Motor und Lader erforderliche Getriebe keine beliebige Veränderung der Laderdrehzahl gestattet, steigen in geringerer Höhe als Volldruckhöhe wehen des mit abnehmender Flughöhe zu=-nehmenden Luftdrucks die Enddrücke hinter dem Lader über den Volldruck hinaus an. Da der Volldruck der höchstzulässige Druck war, muß hiernach unterhalb der Volldruckhöhe der der Luft durch den Lader mitgeteilte zu hohe Druck weggedrosselt werden. Dieser Vorgang ist, wie oben erwähnt, mit keiner Temperaturänderung verbunden, und es addiert sich also in geringeren Höhen, in denen die Temperatur der Außenluft angestiegen ist, zu dieser Temperatur der gleiche Temperaturzuwachs durch den Lader, wie er sich in größeren Höhen addiert. Es führt dies also in geringeren Höhen zu höheren von dein Motor zu verarbeitenden Lufttemperaturen am Boden und damit zu einem geringeren spezifischen C3ewicht der Ladeluft. Für den Fall eines nicht regelbaren Getriebes zwischen Lader und .Motor ergibt sich daraus ein Leistungsverlauf, der' von einem Kleinstwert am Boden zu einem Größtw-ert in der Volldruckhöhe ansteigt und von da an der Abnahme der Luftdichte entsprechend wieder abfällt. Diese Tatsache, daß die Boden- oder Startleistung vor allem bei Motoren mit sehr großer Volldruck-höhe ganz erheblich unter der Größtlcistung der Volldruckhöhe liegt, hat eine Erschwerung des Abfliegens zur Folge und wird mit <len verschiedensten Mitteln bekämpft. Die vorliegende Erfindung gibt eine Möglichkeit an, mittels derer ohne zusätzliche Treibmittel dem Leistungsabfall von der \'olldruckhöhe zum Boden hin @virksam begegnet werden kann.
• Es ist bekannt, daß eine Druckerniedrigung in einem Gasstrom auch durch Energieentzug mittels einer Kraftmaschine vorgenommen werden kann: und daß hierbei eine gleichzeitige Temperaturabsenkung eintritt (vgl. z. B. den Vorgang in einer Gas- oder Dampfturbine).
• Gemäß vorliegender Erfindung wird deshalb an die Stelle der sonst üblichen Drosselklappe eine Turbine in die Luftleitung vor den Motor gesetzt, die außer der gewollten Druckabsenkung notwendigerweise eine Temperaturerniedrigung ergibt. 1)a mit Rücksicht auf den Motor hier wie bei der sonst üblichen Drosselklappe der Druck vor den Ansaugventilen konstant gehalten werden muß, hat die erwähnte Temperaturerniedrigung gegenüber dem Betrieb mit der einfachen Drosselklappe eine Zunahme des spezifischen Gewichts, d. h. des Ladegewichts zur Folge. Da, wie bekannt, die Motorleistung mit zunehmendem Luftgewicht wächst, kann mittels dieser Drosselturbine der obenerwähnten, durch die Zunahme der Luftaußentemperatur und <Lurch die gleichbleibende Temperaturerhöhung im Lader bedingten Leistungsverminderung wirksam begegnet werden. Das Arbeitsverfahren eines mit dieser erfindungsgemäßen Drosselturbine ausgerüsteten Flugmotors ist dann folgendes; Die Ladeluft des Motors gelangt durch die La@deransaugleitung, in der die Drosselturbine sitzen möge und durch die sie die bereits erwähnte Druck-und Temperaturerniedrigung erfährt, in den Lader. Da dieser der Luft nur die dem Ladedruckverhältnis entsprechende Erwärmung mitteilt, wird wegen der durch die Turbine herabgesetzten Anfangstemperatur vor dem Lader auch diejenige hinter dem Lader, d. h. vor dem Motor, kleiner. Da der Drosselvorgang durch irgendeine Einrichtung so gesteuert werden kann. daß der Ladedruck vor den "Zylinderventilen vom Boden bis zur Volldruckhöhe konstant bleibt, so hat also bei Drosselung mittels der Turbine die Ladeluft offenbar ein größeres spezifisches Gewicht als in dem Fall einer Drosselung durch eine einfache Drosselklappe. Der Motor saugt daher ein größeres Ladegewicht an, d. h. er ergibt eine größere Nutzleistung. -Mit zunehmender Höhe, mit der eine geringere Drosselung erforderlich ist, wird durch Regeln der Turbine bzw. regelbares öffnen einer Umgehungsleitung bzw. durch zweckmäßige Verbindung beider Maßnahmen die drucksenkende Wirkung dieses Aggregats vermindert, bis beim Erreichen .der Volild'ruckhöhe die Gesamtluft durch die Umgehungsleitung dem Lader zuströmt. Ebenso ist das Verfahren mit einer zwischen dem Lader und Motor befindlichen Turbine möglich, was einer druckseitigen Drosselung entspricht.
• Ist eine Boden- oder stationäre Brenakraftma.sc'hine mit einer derartigen Drosseleinrichtung ausgerüstet, soerhält der Motor im Falle des Drosselbetriebs gegenüber dem Betrieb mit einer Drosselklappe naturgemäß Luft von niedriger Temperatur, also auch höherem spezifischen Gewicht. Dadurch sinkt bei Drosselbetrieb die thermische Belastung des Motors, was eine Erhöhung seiner Lebensdauer im Gefolge hat.
• Einige Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung sind im folgenden beschrieben. In .Abb. i ist dargestellt, wi.e Turbine und Umgehungsleitung in eine vergrößerte Ansaugleitung eingebaut werden können. Bei Bodenbetrieb ist die Umgehungsleitung t durch die Klappen 2 und 3 und den in axialer Richtung beweglichen Schielfer 4, die in die gezeichnete Stellung gebracht worden sind, abgeschlossen. Die Luft ist dadurch gezwungen, in die Turbine zu strömen. Diese,besteht aus den Düsen 5, dem Laufrad 6 und dem Austrittsleitapparat j und ist gelagert in den Lagern 8, 9 und io. Die Luft expandiert in den Düsen 5 und gibt ihre kinetische Energie an das Laufrad 6 ab. Der Austrittsleitapparat 7 führt die Luft, die außer einer Druckerniedrigung auch noch eine Temperatursenkung erfahren hat, dem Verdichter zu,. Das Laufrad 6 ist hier z. B. mit den Stromerzeugern ii und 12 gekuppelt, wo die mechanische Energie in elektrische umgewandelt wird und, nach außen geführt, in einem Widerstand in leicht abführbare Wärme umgewandelt oder irgendeinem Zweck nutzbringend zugeführt werden kann. An die Stelle des Strdmerzeugers kann auch eine andere geeignete Arbeitsmaschine treten, z. B. Kompressor.

  Bei Flugzeugmotoren mit zunehmender Höhe, im

  Falle des stationären Motors mit steigender Be-

  lastung, werden die Klappen 2 und 3 und der

  Schielter .I in Pfeilrichtung bewegt, woiyei ein Teil

  der Luft an der Turbine vorbei in die Umgehungs-

  leitung i strömt und dann mit der aus der Turbine

  kommenden Luft in den Verdichter 14 gelangt.

  Beim Flugmotor in Volldruckhöhe oder beim

  stationären Motor bei Vollast verschließen die

  Klappen 2 und 3 den Weg durch die Turbine und

  leiten die Luft unter möglicbst geringen Druck-

  verlust in den Verdichter 14.

  In Abb.2 ist dargestellt, wie die Turbine mit

  Stromerzeuger in einer von der normalen Ansaug-

  leitung abzweigenden Leitung untergebracht ist.

  I@cim Drosselbetrieb ist die Klappe 15 geschlossen,

  und die Luft strömt durch die Öffnung 16 und die

  "Turbine 17 dem Lader 18 zu. Dabei gibt dieTurbine

  1 7 ihre Leistung an den Stromerzeuger ich ab. Mit

  zunehmender Höhe bzw. steigender Last wird die

  Flappe 1,3 allmählich geöffnet, bis in Volldruck-

  ltölie bzw. hei Vollast die gesamte Luft durch die

  Offnung 16 in den Lader 18 strömt.

  Bei einer Anordnung gemäß Ab1).3 zweigt die

  Umgehungsleitung von der Ansaugleitung ab. Bei

  Drosselbetrieb strömt die Luft bei geschlossener

  klappe 20 durch dieÖffnung 21 und die Turbine 22

  in den Lader 23. Mit zunehmender Höhe bzw.

  steigender Last wird die Klappe 2o nach und nach

  geöffnet, bis in Volldruckhöhe bzw. bei Vollast die

  Luft durch die Öffnung 24 dem Lader 23 un-

  ge(1rosselt zuströmen kann.

  In Abb. 4 ist der Einbau von Turbine und Lader

  in die Motorgondel eines Flugzeugs dargestellt.

  Durch Betätigung der Klappen 25 strömt die Luft

  entweder durch die Turbine 26 oder die normale

  Ansaugleitung 27 am Lader 28.

  Bei einer Anordnung gemäß Abb. 5 wird die von

  der Turl)ine abgegebene Leistung zur Erzeugung

  an `'ortriel) eines Flugzeugs verwendet. Durch

  Schließen der Ansaugleitungen 29 und 3o durch die

  Klappen 3 1 und 32 wird die Luft am Boden durch

  die Leitungen 33 und 34 der Turbine 35 ent-

  nommen. Die von der Turbine 35 erzeugte Leistung

  wird an die Luftschraube 36 über das Getriebe 37

  oder an eine andere geeignete Vortriebseinrichtung

  abgegeben. Die Luftschraube kann so ausgebildet

  sein, claß ihre Blätter hei abgeschalteter Turbine in

  eine Stellung kleinsten Luftwiderstands gebracht

  werden können.

  Die Drosselturbine und die dazugehörigen Einrichtungen und Rohrleitungen können naturgemäß auch so ausgebildet werden, daß sie nach Erreichung einer bestimmten Flughöhe zur Verringerung des Flugzeuggewichts mittels bekannter Vorrichtungen abgeworfen werden können. Die mit der Drosseleinrichtung nach der Erfindung erreichte Leistungssteigerung beträgt beispielsweise bei einer Volldruck-höhe von 7 km 20°/0.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Beliebig regelbare Drosseleinrichtung in der Saug- oder Druckleituing eines Verdichters zum Zweck der Verbesserung des Drosselbetriebs bei Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselwirkung gleichzeitig mit einer Temperaturerniedrigung durch Energieentzug in einer in die Leitung einzuschaltenden, an sich bekannten Kraftmaschine, z. B. Luftturbine, erfolgt, und daß die Kraftmaschine ihre Wellenleistung an irgendeine dem jeweiligen Zweck angepaßten an sich bekannten Arbeitsmaschine, beispielsweise Elektrogenerator, abgibt. z. Beliebig regelbare Drosseleinrichtung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum Zwecke der Leistungssteigerung einem aufgeladenen Flugmotor vorgeschaltet wird. 3. Beliebig regelbare Drosseleinrichtung gemäß Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung am Flugmotor die Leistung der Turbine an eine vortrieberzeugende Einrichtung, z. B. Luftschraube, abgegeben wird. . Beliebig regelbare Drosseleinrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (2, 3, :I, 15, 20, 25, 31 und 32) frei zunehmender Höhe bzw. Steigen der Last allmählich die Kraft- und Arbeitsmaschine abschalten. 5. Beliebig regelbare Drosseleinrichtung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung abwerfbar angeordnet ist. 6. Beliebig regelbare Drosseleinrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Motoren durch eine Drosseleinrichtung gedrosselt werden.