DE1503276C3 - Antriebsanlage mit Flüssigkeitsturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanlage mit Flüssigkeitsturbine, deren Antriebsflüssigkeit in einem Vorratsbehälter von dem Druck eines gasförmigen Mediums beaufschlagt wird, das in einem Gasraum unter Druck gehalten wird, und nach Durchtritt durch die Flüssigkeitsturbine in einen Auffangbehälter niedrigen Druckes abströmt, der durch eine Pumpe mit dem Vorratsbehälter in Verbindung steht.

Es ist eine Antriebsanlage mit Flüssigkeitsturbine bekannt (FR-PS 540 317), die als Dauerantriebsmaschine Verwendung findet. Dabei wird der Vorratsbehälter von dem Druck eines gasförmigen Mediums beaufschlagt, welches gleichzeitig eine Pumpe beaufschlagt, die die in den Auffangbehälter gelangte Antriebsflüssigkeit in den Vorratsbehälter zurückpumpt. Dabei muß die Pumpe bei Dauerbetrieb die gleiche Förderleistung aufbringen, wie die Turbine als Antriebsleistung abgeben kann. Eine solche Antriebsanlage ist daher in ihrer Leistung stark beschränkt, wirkungsgradmäßig ungünstig und überhaupt nicht für intermittierenden Betrieb zur Entnahme zeitweiser hoher Leistung geeignet. Ferner ist die bekannte Anlage nicht in der Weise exakt beschrieben, daß hieraus der Fachmann direkte Anregungen entnehmen könnte, da es sich beim Erzeugen des Druckgases und beim Zurückpumpen der Antriebsflüssigkeit um irgendwelche Mittel handeln soll, die hier lediglich beispielsweise angegeben sind. Da auch keine Absperrmittel zwischen Druckgasquelle und Vorratsbehälter oder Vorratsbehälter und Auffangbehälter angegeben sind, entleert sich beim Stillsetzen der Anlage der Vorratsbehälter' vollständig, so daß am Ende der Arbeitsleistung sämtlicher Druck sowohl der der Flüssigkeit als auch der des Gases abgebaut ist. Das aber hat weiterhin den Nachteil, daß nunmehr der Gasraum und der Vorratsraum vollständig gefüllt und verdichtet werden muß, bevor erneut Arbeit geleistet werden kann, was einen erheblichen Zeit- und Energieverlust zur Folge hat.

Des weiteren ist es bei einer Antriebsanlage mit einer Flüssigkeitsturbine und zwei abwechselnd als Vorrats- und Auffangbehälter benutzten Speichern (OE-PS 68 322) bekannt, als gasförmiges Druckmedium Wasserdampf zu verwenden. Durch den Wasserdampf wird die Flüssigkeit der Flüssigkeitsturbine erwärmt. Der dadurch erhöhte Dampfdruck der Flüssigkeit bewirkt, daß bei örtlichem Druckabfall in der Turbine Gravitation eintritt. Ferner wird der Dampf an der kühleren Flüssigkeit und an den kühleren Behälterwänden kondensiert, was zu erheblichen Leistungsverlusten führt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beim Umschalten der Dampfversorgung von einem Behälter zum anderen der Dampfdruck auf dem niedrigen Flüssigkeitsspiegel dadurch abgebaut wird, daß der Dampf ins Freie entweicht. Auch hierdurch müssen große Energieverluste in Kauf genommen werden. Zur Energieversorgung muß ein Dampferzeuger bereitstehen, der für höhere Leistungen enorme Ausmaße annimmt und die Beweglichkeit einer solchen Antriebsanlage verhindert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile obiger Anlagen zu vermeiden und eine Antriebsanlage für intermittierenden Betrieb zur Entnahme zeitweiser hoher Leistung zu schaffen, die in hohem Maße wirtschaftlich ist. Sie soll als Startanlage für große Flugzeuge geeignet sein und im Verhältnis zu denen bisher für diesen Einsatz verwendeten Gasturbinen einen geringen Aufwand haben. Gelöst wird diese Aufgäbe der Erfindung dadurch, daß die Anlage für kurzzeitige hohe Leistungsabgabe der Turbine dadurch ausgebildet ist, daß zwischen dem Gasraum und dem Vorratsbehälter ein Absperrventil angeordnet ist, daß am Auffangbehälter ein nach Übertritt der insgesamt zur Nutzung zur Verfugung stehenden Flüssigkeitsmenge selbsttätig schließendes Entlüftungsventil angeordnet ist, daß die Pumpe als Hochdruckpumpe ausgebildet ist, wobei während des Pumpbetriebs bei stillstehender Turbine das Absperrventil geöffnet ist und das in der den Vorratsbehälter mit der Flüssigkeitsturbine verbindenden Leitung vorgesehene Absperrorgane geschlossen sind. Beim Start der Antriebsanlage ist das Entlüftungsventil des Auffangbehälters und das Absperrorgan geöffnet sowie der Vorratsbehälter drucklos.

Durch öffnen des Absperrventils wird die im Vorratsbehälter vorhandene Flüssigkeit unter Druck gesetzt, die dadurch die Turbine antreibt. Steigt im Auffangbehälter die Flüssigkeit bis zu einer bestimmten Höhe, die so bemessen ist, daß der Vorratsbehälter noch nicht flüssigkeitsleer ist, so schließt das Entlüftungsventil. Im Auffangbehälter baut sich dadurch in vorteilhafter Weise ein Gegendruck auf, der zumindest dem dann im Vorratsbehälter herrschenden Druck entspricht, so daß die Antriebsanlage durch diesen Gegendruck stehenbleibt. Es geht daher nicht die gesamte "Energie des Druckgases durch Durchblasen durch die Flüssigkeitsturbine verloren. Danach wird das Absperrorgan verschlossen und die Flüssigkeit durch die Hochdruckpum-

pe vom Auffangbehälter in den Vorratsbehälter zurückgepumpt. Da während dieser Zeit das Absperrventil geöffnet ist, drückt die in den Vorratsbehälter zurückgepumpte Flüssigkeit das Gas in den Gasraum zurück, wobei dadurch eine Rückkompression des Gases erfolgt. Ist die gesamte Flüssigkeit zurückgepumpt, so wird das Absperrventil geschlossen. Je nach Größe des Vorratsbehälters und der zurückgepumpten Flüssigkeit ist dabei praktisch das gesamte Gas wieder verdichtet.

Um den Vorratsbehälter während einer Wartephase drucklos schalten und das Absperrorgan öffnen zu können, wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Vorratsbehälter und der Auffangbehälter oberhalb des Flüssigkeitsspiegels miteinander durch eine absperrorganbeherrschte Druckausgleichleitung verbunden sind. Durch öffnen dieses Absperrorgans kann daher der Druckgasrest in den Auffangbehälter und damit ins Freie entweichen. Nur diese geringe Menge muß jeweils wieder in den Gasraum, beispielsweise durch einen Kompressor, nachgefüllt werden.

Um eine schnelle und sichere Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft zu erreichen, wird schließlich vorgeschlagen, daß die Hochdruckpumpe bei Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsstandes im Auffangbehälter selbsttätig eingeschaltet wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt ist, näher erläutert

Die abgebildete Anlage besteht im wesentlichen aus der Flüssigkeitsturbine 1, dem als Windkessel ausgebildeten Spei&ebehälter 2, einem der Turbine nachgeschalteten Flüssigkeitsauffangbehälter 3, einem Druckluftspeicher 4, einer Flüssigkeitsrückförderpumpe 5 und einem Leckluftverdichter 6. Hinzu kommen noch Leitungen und Ventile, die der folgenden Wirkungsweise der Anlage gerecht werden:

Im Bereitschaftszustand ist der Speisebehälter 2 bis zu dem eingezeichneten Spiegel gefüllt. Eine Klappe 7, die zum Verschließen der die Turbine 1 mit dem Behälter 2 verbindenden Leitung 8 dient, ist geöffnet und die den Luftraum 9 über dem Flüssigkeitsspiegel im Behälter 2 mit dem Druckluftspeicher 4 verbindende Leitung 10 durch ein Ventil 11 versperrt. Ein am noch leeren Behälter 3 angeordnetes Schwimmerventil 12 ist geöffnet. Soll die Turbine 1 beaufschlagt werden, so wird mittels des Magnetventils 13 das Ventil 11 geöffnet, worauf Druckluft aus dem Speicher 4 in den Raum 9 über die Flüssigkeit im Speisebehälter 2 überströmt. Der Druck in diesem Raum 9 steigt daraufhin so stark an, daß die Flüssigkeit aus dem Behälter durch die Leitung 8 zur Turbine hin verdrängt wird. Die aus der Turbine 1 austretende Flüssigkeit wird im Behälter 3 bei geöffnetem Schwimmerventil 12 aufgefangen. Letzteres schließt erst, sobald der angedeutete Flüssigkeitsspiegel erreicht ist, d. h. nachdem die ganze Flüssigkeit oder nahezu die gesamte Flüssigkeit übergetreten ist. Anschließend wird bei geschlossener Klappe 7 im Behälter 2 die Flüssigkeit mittels der Pumpe 5 durch die durch ein Rückschlagventil 14 beherrschte Leitung 15 in den Speisebehälter 2 zurückgepumpt, wobei die in diesem „Behälter befindliche Luft durch das noch geöffnete Ventil 11 und die Leitung 10 in den Druckluftspeicherbehälter 4 zurückgedrückt wird. Nach beendeter Umfüllung wird das Ventil 11 geschlossen und das eine die beiden Behälter 2 und 3 miteinander verbindende Ausgleichleitung 16 beherrschende Ventil 17 kurzzeitig geöffnet. Nach öffnen der Klappe 7 im Behälter 2 ist die Anlage bereit für den nächsten Arbeitsgang. Zur Deckung von Leckluftverlusten ist ein über eine durch ein Rückschlagventil 18 beherrschte Leitung 19 an den Druckspeicher 4 angeschlossener Verdichter 6 vorgesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Antriebsanlage mit Flüssigkeitsturbine, deren Antriebsflüssigkeit in einem Vorratsbehälter von dem Druck eines gasförmigen Mediums beaufschlagt wird, das in einem Gasraum unter Druck gehalten wird, und nach Durchtritt durch die Flüssigkeitsturbine in einen Auffangbehälter niedrigen Druckes abströmt, der durch eine Pumpe mit dem Vorratsbehälter in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,,daß die Anlage für kurzzeitige hohe Leistungsabgabe der Turbine dadurch ausgebildet ist, daß zwischen dem Gasraum (4) und dem Vorratsbehälter (2) ein Absperrventil (11,13) angeordnet ist, daß am Auffangbehälter (3) ein nach Übertritt der insgesamt zur Nutzung zur Verfugung stehenden Flüssigkeitsmenge selbsttätig schließendes Entlüftungsventil (12) angeordnet ist, daß die Pumpe (5) als Hochdruckpumpe ausgebildet ist, wobei während des Pumpbetriebs bei stillstehender Turbine das Absperrventil (11, 13) geöffnet ist und das in der den Vorratsbehälter (2) mit der Flüssigkeitsturbine (1) verbindenden Leitung (8) vorgesehene Absperrorgan (7) geschlossen ist.

2. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) und der Auffangbehälter (3) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (9) miteinander durch eine absperrorganbeherrschte Druckausgleichsleitung (16) verbunden ist.

3. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (5) bei Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsstandes im Auffangbehälter (3) selbsttätig eingeschaltet wird.