DE933303C - Waermekraftmaschine mit durch Injektor aufgeladenen Brennkammern, z. B. Gasturbine oder Reaktionsantrieb - Google Patents

Waermekraftmaschine mit durch Injektor aufgeladenen Brennkammern, z. B. Gasturbine oder Reaktionsantrieb

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DE933303C
DE933303C DES28724A DES0028724A DE933303C DE 933303 C DE933303 C DE 933303C DE S28724 A DES28724 A DE S28724A DE S0028724 A DES0028724 A DE S0028724A DE 933303 C DE933303 C DE 933303C
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DE
Germany
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steam
jet
machine according
gas turbine
air
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Expired
Application number
DES28724A
Other languages
English (en)
Inventor
Jean Bertin
Jean Le Foll
Marcel Kadosch
Francois Gilbert Paris
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/10Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
    • F02K7/12Injection-induction jet engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Description

  • Wärmekraftmaschine mit durch Injektor aufgeladenen Brennkammern, z. B. Gasturbine oder Reaktionsantrieb Die Erfindung bezieht sich auf Wärmekraftmaschinen mit einer oder mehreren Brennkammern, in welche die Verbrennungsluft mit einem über Atmosphärendruck liegenden Druck unter Verwendung eines Injektorrohres eingelassen wird.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Wärmekraftmaschine der vorgenannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft in dem Injektorrohr dadurch verdichtet wird, daß mit Hilfe eines pulsierenden oder intermittierenden Dampfstrahles die Luft vorgetrieben wird, die zwischen den aufeinanderfolgenden Stößen des Dampfstrahles in das Injektorrohr gelangt.
  • Die Verwendung eines Injektorrohres zum Ver-.schieben- eines Mediums unter dem Einfluß eines anderen Mediums, das in Form eines kontinuierlichen Strahles von großer Geschwindigkeit strömt, ist an sich bekannt, jedoch ist es ebenso bekannt, daß derartige Vorrichtungen einen außerordentlich geringen Wirkungsgrad' haben, der in der Größenordnung von nur 25 biss 30% liegt und auf Grund dessen die bekannten Injektoreinrichtungen allgemein als Mittel angesehen werden, deren man sich nur im Notfall bedient.
  • Es ist demgegenüber in unvorhergesehener und überraschender Weise gefunden worden, daß, wenn an Stelle eines kontinuierlich strömenden Strahles ein periodisch unterbrochener Strahl verwendet wird, ein Wirkungsgrad von 6o,1/o. und sogar von 8o 1/o für die Verdichtung des Mediums erreicht werden kann, und dies stellt einen wesentlichen technischen Fortschritt dar.
  • Die Erklärung für dieses Ergebnis kann in der Hauptsache darin .gesucht werden, daß in einem Injektor gewöhnlicher Art mit dauernd strömendem Primärstrahl der Vorschub des induzierten Mediums durch Reibung und Schichtbildung erfolgt, die zu Energieverlusten führen, wähmend bei der Einrichtung gemäß der Erfindung die Luft, die zwischen den aufeinanderfolgenden Dampfstößen in den Injektor gelangt, durch jeden Dampfstoß, der wie ein Kolben wirkt, ohne Reibung und ohne Schichtbildung vorgetrieben wird, wobei die kinetische Energie der gesamten Masse aus der Luft und dem Dampfausstoß praktisch die- gleiche bleibt wie diejenige des Dampfausstoßes und in Druckenergie mit einem erhöhten Wirkungsgrad umgewandelt werden kann.
  • Die Erfindung kann auf W ärmekraftmaschinen der verschiedensten Art angewendet werden, z. B. auf Strahlentriebwerke, sei es, daß es sich um Strahltriebwerke mit mechanischem Kompressor handelt - in diesem Fall übernimmt der pulsierende Dampfstrahl nur einen Teil der Verdichtung, während der andere Teil durch den mechanischen Kompressor bewirkt wird, der durch eine Gasturbine oder irgendeine ändere Antriebsvorrichtung angetieben wird -, oder .daß es sich um ein Strahltriebwerk ohne mechanischen Kompressor, wie z. B. ein Staustrahltriebwerk handelt, wobei im letzteren Fall eine solche Einrichtung durch die Erfindung befähigt wird, einen Standschub zu liefern. Die Erfindung kann auch auf Gasturbinenantriebe für feste oder bewegliche Anlagen, wie elektrische Zentralen, Lokomotiven, Schiffe usw. angewendet werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
  • Fig. i ist ein schematischer Achsenschnitt durch ein Strahltriebwerk, und zwar ein Staustrahltriebwerk, das weder einen mechanischen Kompressor noch eine Turbine aufweist; Fig. 2 ist ein Diagramm, in dem auf den Ordinaten die Geschwindigkeit des den Ejektor verlassenden Dampfes und auf den Abszissen die Zeit aufgetragen sind; Fig. 3 ist ein schematischer Schnitt einer Einrichtung zur Erzeugung des pulsierenden ' Dampfstrahles ; Fig.4 ist ein schematischer Schnitt eines Turbinenstrahltriebwerkes gemäß der Erfindung.
  • In dem ohne mechanischen Kompressor arbeitenden Strahltriebwerk, das in Fig. i dargestellt ist, wird atmosphärische Luft durch eine Öffnung i eingelassen, die an der Vorderseite des anzutreibenden Fahrzeuges liegt. Diese Luft, der während der Fahrt .eine gewisse Geschwindigkeit (Geschwindigkeit,des Fahrtwindes) verliehen wird, erfährt zunächst in einem Rohr 2, das eine der Fahrtgeschwindigkeit angepaßte Form hat (in der Zeichnung eine divergierende Form), eine Wiederverdichtung unter Verminderung ihrer Geschwindigkeit. . Sie tritt darauf in eine Verbrennungskammer 3 ein, wobei sie durch eine trichterförmige Düse 4 hindurchströmt, die den Druck der Luft erhöht und die unter der Wirkung eines Dampfstrahles arbeitet, der aus einem in der Achse der Düse 4 angeordneten Ejektor oder Strahlrohr 5 austritt. Die Verbrennnungskammer 3 weist einen oder mehrere Brenner auf, durch welche ein geeigneter flüssiger Brennstoff in die Kammer 3 eingespritzt und darin verbrannt wird. Das Gemisch aus Luft und- Verbrennungsgas wird schließlich entspannt und aus einer sich gegen die Rückseite des anzutreibenden Fahrzeuges öffnenden Düse 7 ausgestoßen, um den Antriebsstrahl zu liefern.
  • Der Dampf, welcher dem Strahlrohr 5 der Düse 4 zugeführt wird, wird in einem zur Verdampfung von Wasser dienenden Rohrsystem erzeugt, das in der Verbrennungskammer 3 angeordnet ist; in der Zeichnung ist es in der Gestalt einer Schlange 8 dargestellt. Dieses Verdampfersystem wird mittels einer Pumpe g mit Wasser gespeist, das die Pumpe einem Behälter io entnimmt. Die Pumpe kann durch irgendeine zweckmäßige Vorrichtung angetrieben werden, z. B. durch einen ortsfesten Elektromotor oder durch einen kleinen Propeller, der. während -der Fahrt durch .den Fahrtwind angetrieben wird.
  • Die für die Verdampfung des Wassers notwendige Wärmemenge wird in der Verbrennungskammer der durch den oder die Brenner 6 entwickelten Wärme entnommen. Diese Wärme :ist im allgemeinen erheblich, und man kann auf irgendeine Weise die Menge des den Brennern zugeführten Brennstoffes derart regeln, daß die für die Verdampfung des Wassers notwendige Wärmemenge erhalten wird.
  • Die Wandung der Verbrennungskammer kann mit einem Mantel i i mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Führungswand 12 versehen sein, in welchem ,das von der Pumpe g kommende Wasser eine Vorwärmung erfährt, bevor es in das Verdampfersystem 8 eintritt. Diese Einrichtung gestattet, die Wärme, die durch die Wandung der Verbrennungskammer hindurch verlorengeh:t, wiederzugewinnen.
  • In dem Dampfweg ist vor dem Strahlrohr 5 eine Vorrichtung 13 angeordnet, die nachstehend an einer Ausführungsform näher beschrieben wird. Sie unterbricht den Dampfstrahl periodisch und verleiht ihm dadurch einen pulsierenden Charakter. Infolgedessen entweicht der Dampf aus dem Strahlrohr 5 in aufeinanderfolgenden Stößen. In dem Intervall zwischen zwei Ausstößen wird die Düse 4 mit atmosphärischer Luft gefüllt und der nachfolgende Dampfstoß schiebt diese Luft zur Verbrennungskammer, wie es ein Kolben tun würde. Die Gesamtmenge an Luft und Dampf tritt mit einer Gesamtbewegungsgröße, die größer als die anfängliche Bewegungsgröße des Dampfstoßes ist, bei konstanter kinetischer Energie in die Verbrennungskammer ein. Die Leistung wird dadurch beträchtlich erhöht, und unter sonst gleichen Verhältnissen ist die Höhe des Druckes, die in der Verbrennungskammer erhalten werden kann, größer als die, welche mit einem kontinuierlichen Dampfstrahl erhalten würde.
  • Die Vorrichtung 13 kann eine Scheibe aufweisen, die sich in einer zur Speiseleitung 5a des Strahlrohres 5 senkrechten Ebene zwischen zwei Abschnitten dieser Leitung mit einer kontinuierlichen Bewegung dreht und :die eine Reihe von an ihrem Umfang liegenden Löchern aufweist. Diese Löcher gehen während der Drehung der Scheibe zwischen den beiden Abschnitten der Leitung 5a hindurch.
  • Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung 13 ist in Fig. 3 dargestellt. Sie weist ein zylindrisches Gehäuse 14 auf, das in die das Strahlrohr 5 speisende Leitung 5a eingeschaltet ist, wobei die beiden Abschnitte dieser Leitung durch geeignete Flansche mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen 15 des Gehäuses 14 verbunden sind. In dem Gehäuse 14 bewegt sich eine eingeschliffene Stange 16, die gegebenenfalls mit Dichtungsringen vorgesehen ist und die durch den Zapfen 17 eines Exzenters 18, das durch einen nicht dargestellten geeigneten Motor um seine Achse gedreht wird, hin und her bewegt wird.
  • Das Ende der Stange 16 trägt eine Kulisse i9, in der sich der Zapfen 17 des Exzenters verschiebt. Die Stange 16 ist mit einer kreisförmigen Nut 2o versehen, die bei der Hin- und Herbewegung der Stange entweder außerhalb des zwischen den beiden Öffnungen 15 befindlichen Raumes liegt (wie in Fig. 3 gezeigt), um dadurch die Dampfzufuhr zu unterbrechen, die in diesen Raum gelangt, um dem Dampf den Durchgang zum Strahlrohr 5 zu gestatten.
  • Trägt man auf einer Abszisse die Zeit und auf einer Ordinate :die Geschwindigkeit (d. h. die Dampfabgabe aus dem Strahlrohr 5), so erhält man ein Diagramm entsprechend dem gemäß Fig.2. Aus diesem Diagramm ist die steile, merklich rechtwinklige Form der Dampfausstöße ersichtlich. Diese Form ist für eine gute Leistung des pulsierend arbeitenden Ejektors vorteilhaft. Man kann diese Form mit der Unterbrechervorrichtung gemäß Fig. 3 dadurch erhalten, daß man der Nut 20, wie gezeigt, eine geringere Breite gibt, als sie die Öffnungen 15 des Gehäuses aufweisen, so daß die Zeiten, während deren die Nut nur teilweise urabgedeckt ist, im Vergleich zu den Zeiten, während deren die Nut vollständig urabgedeckt ist, klein sind.
  • In gewissen Fällen wird es vorzuziehen sein, daß das Zeitintervall zwischen .den aufeinanderfolgend:en Dampfausstößen größer als das Zeitintervall ist, das von einem Ausstoß selbst eingenommen wird. Dieses Ergebnis kann :dadurch erhalten werden, daß man die Nut 2o auf der Stange 16 in zweckentsprechender Lage anordnet.
  • Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist außerdem eine Regeleinrichtung vorgesehen, welche die Form .des Diagrammes zu verändern gestattet. Gemäß dieser Einrichtung ist das Gehäuse 14 mit einem Teil 14a in einen festen Kopfteil i4b, der den Exzenter enthält, so eingesetzt, daß es allmählich verschoben werden kann. EineMutter 14c, die mit zwei Gewinden entgegengesetzter Steigung i4 d bzw. 14e versehen ist, welche .mit entsprechenden Gewinden des Gehäuses 14 und des Kopfteiles i4 b im Eingriff stehen, gestattet eine mehr oder -weniger starke Entfernung des Gehäuses 14 vom Kopfteil i4b.
  • Das in Fig.4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Fig. i nur durch das Vorhandensein eines mechanischen Kompressors, welcher in sehr schematischer Form und in verkleinertemMaßstab bei 21 dargestellt ist und welcher derart wirkt, daß der pulsierend arbeitende Dampfejektor 5 nur einen Teil .der Luftverdichtung bewirkt. DieserTeil wird im allgemeinen der Endteil der Verdichtung sein, weil es vorteilhaft ist, eine Verdichtung von Dampf in dem mechanischen Kompressor zu vermeiden. Außerdem ist in Fig. ,4 in sehr schematischer Form eine Gasturbine 22 dargestellt, die mit dem die Verbrennungskammer 3 verlassenden Gas-Dampf-Gemisch gespeist wird. Diese Turbine 22 dient zum Antrieb des Kompressors2i, aber es ist auch möglich, daß der Kompressor durch eine Antriebsvorrichtung anderer Art, z. B. durch einen Kolbenmotor od. dgl., angetrieben wird.
  • Es ist überdies zu bemerken, daß die Erfindung nicht nur auf Strahltriebwerke oder Turbinenstrahltriebwerke für Luftfahrzeuge, sondern in gleicher Weise auf alle Gasturbinenantriebe für feste oder bewegliche Anlagen verwendbar ist.
  • Eine der Anwendungsmöglichkeiten der beschriebenen Einrichtung mit Luftverdichtung durch Einspritzen von Wasserdampf ist die Erzeugung eines Standschubes bei Staustrahltriebwerken, wodurch der Start eines mit einem solchen Antrieb ausgerüsteten Flugzeuges ermöglicht wird. Wenn das Abheben vom Boden erfolgt ist und die Geschwindigkeit des Flugzeuges genügend groß geworden ist, kann das Einspritzen von Wasserdampf unterbrochen und das Staustrahltriebwerk in seinem gewöhnlichen Arbeitszustand betrieben werden. Auf diese Weise kann der Verbrauch an Wasser herabgesetzt werden.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wärmekraftmaschine, wie Reaktionsantrieb oder Gasturbinenantrieb, mit einer oder mehreren Brennkammern, in welche dne Verbrennungsluft mit einem über- Atmosphärendruck liegenden Druck unter Verwendung eines Injektorrohres eingelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft in dem Injektorrohr dadurch verdichtet wird, daß mit Hilfe eines pulsierenden oder intermittierenden Dampfstrahles die Luft vorgetrieben wird, die zwischen den aufeinanderfolgenden Stößen des Dampfstrahles in das Injektorrohr gelangt.
  2. 2. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger durch einer Verbrennungskammer entnommene Wärme geheizt wird.
  3. 3. Maschine nach Anspruch z oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pulsierende Dampfstrahl mittels einer Einrichtung erhalten wird, welche die Dampfabgabe zwischen dem Dampferzeuger und der Dampfstrahldüse periodisch unterbricht.
  4. 4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Unterbrechung der Dampfzufuhr einen hin und her bewegten Schieber oder eine sich drehende Scheibe aufweist.
  5. 5. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Unterbrechung der Dampfzufuhr derart ausgebildet ist, daß sie ein schnelles öffnen und Schließen der Zufuhrleitung bewirkt, so.daß die Dampfausstöße einem Geschwindigkeitsgesetz unterliegen, das etwa einer rechtwinkligen Form entspricht. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 954093, 929 193 Y USA.-Patentschrift Nr: 2 542 953.
DES28724A 1951-05-30 1952-05-29 Waermekraftmaschine mit durch Injektor aufgeladenen Brennkammern, z. B. Gasturbine oder Reaktionsantrieb Expired DE933303C (de)

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DES28724A Expired DE933303C (de) 1951-05-30 1952-05-29 Waermekraftmaschine mit durch Injektor aufgeladenen Brennkammern, z. B. Gasturbine oder Reaktionsantrieb

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3838798A1 (de) * 1988-11-17 1990-05-23 Ingelheim Peter Graf Von Injektor zur kombinierten nutzung

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FR929193A (fr) * 1946-06-17 1947-12-18 Moteur à réaction pour hélice automotrice
FR954093A (fr) * 1945-05-02 1949-12-19 Procédé de compression d'un gaz ou d'un mélange gazeux en plusieurs étages, applicable en particulier aux installations de force motrice comportant un compresseur et un moteur à turbine à gaz
US2542953A (en) * 1945-09-13 1951-02-20 Stewart Warner Corp Combustion turbine having mixing tube to aspirate, compress, and preheat the air-fuel mixture

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