DE1503276C3 - Propulsion system with liquid turbine - 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.The invention relates to a drive system with a liquid turbine, the drive fluid in a storage container is acted upon by the pressure of a gaseous medium in a gas space is kept under pressure, and after passing through the liquid turbine in a collecting container low Pressure flows off, which is in communication with the reservoir by a pump.

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.A drive system with a liquid turbine is known (FR-PS 540 317), which is used as a permanent drive machine Is used. The storage container is subjected to the pressure of a gaseous medium, which at the same time acts on a pump that feeds the drive fluid that has entered the collecting container pumped back into the storage tank. The pump must have the same delivery rate during continuous operation apply how the turbine can deliver as drive power. Such a drive system is therefore in their performance severely limited, unfavorable in terms of efficiency and not at all for intermittent ones Operation suitable for the extraction of high output from time to time. Furthermore, the known system is not in the way exactly described that the skilled person could draw direct suggestions from this, since it is during the generation of the pressurized gas and the pumping back of the drive fluid should be any means, which are only given here as examples. Since there is no shut-off between the pressurized gas source and Storage container or storage container and collecting container are specified, is emptied when the System of the reservoir 'completely, so that at the end of the work all pressure of both the the liquid as well as that of the gas is broken down. But this still has the disadvantage that now the gas space and the storage space must be completely filled and compacted before work can be done again can, which results in a considerable loss of time and energy.

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.Furthermore, it is in a drive system with one liquid turbine and two alternately as Storage and collecting tanks used memory (OE-PS 68 322) known as a gaseous pressure medium Use steam. The liquid in the liquid turbine is heated by the water vapor. The resulting increased vapor pressure of the liquid causes a local pressure drop in the turbine Gravity occurs. Furthermore, the vapor is on the cooler liquid and on the cooler container walls condenses, which leads to considerable losses in performance. Another disadvantage is that the Switching the steam supply from one container to another the steam pressure at the low liquid level is broken down by the fact that the steam escapes into the open air. This too must be great Energy losses are accepted. A steam generator must be available for the energy supply, which takes on enormous proportions for higher performance and the mobility of such a drive system prevented.

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.The object of the present invention is to avoid the disadvantages of the above systems and to provide a drive system for intermittent operation for extraction to create high performance at times that is highly economical. It is intended as a launch system for large Aircraft be suitable and in relation to the gas turbines previously used for this use have little effort. This object of the invention is achieved in that the system for short-term high power output of the turbine is formed in that between the gas space and the reservoir a shut-off valve is arranged that on the collecting container a after crossing the total for Use of the available amount of liquid arranged automatically closing vent valve is that the pump is designed as a high-pressure pump, with during the pumping operation at a standstill Turbine the shut-off valve is open and that in the connecting the reservoir with the liquid turbine Line provided shut-off devices are closed. When the drive system starts, the vent valve is the collecting container and the shut-off element opened and the storage container depressurized.

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-By opening the shut-off valve, the in the storage container the existing liquid is pressurized, which thereby drives the turbine. Rises in the collecting container the liquid up to a certain height, which is dimensioned so that the reservoir is not yet is empty, the vent valve closes. This builds up in the collecting container in an advantageous manner a back pressure which corresponds at least to the pressure then prevailing in the storage container, so that the drive system stops due to this counter pressure. It is therefore not the entire "energy of the Pressurized gas is lost by being blown through the liquid turbine. Then the shut-off device is closed and the liquid through the high pressure pump

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.pe is pumped back from the collecting container into the storage container. Because during this time the shut-off valve is open, the liquid pumped back into the reservoir pushes the gas back into the gas space, thereby a recompression of the gas takes place. If all of the liquid has been pumped back, then so the shut-off valve is closed. Depending on the size of the storage container and the liquid being pumped back practically all of the gas is compressed again.

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.In order to be able to depressurise the storage tank during a waiting phase and to be able to open the shut-off device, it is also proposed that the storage container and the collecting container above the liquid level are connected to each other by a pressure equalization line controlled by a shut-off device. By opening this shut-off device, the remaining pressurized gas can therefore enter the collecting container and thus into the Free escape. Only this small amount has to go back into the gas space, for example through a compressor to be refilled.

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.In order to achieve a quick and safe restoration of operational readiness, it is finally suggested that that the high pressure pump when a certain liquid level is reached in the collecting container is switched on automatically.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt ist, näher erläutertThe invention is explained in more detail with reference to the drawing, in which an exemplary embodiment is shown schematically explained

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:The system shown consists essentially of the liquid turbine 1, which is designed as an air vessel Storage tank 2, one downstream of the turbine Liquid collecting container 3, a compressed air reservoir 4, a liquid return pump 5 and a leakage air compressor 6. In addition, there are lines and valves that operate as follows do justice to the system:

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.In the standby state, the feed container 2 is filled up to the level shown. A flap 7, which serves to close the line 8 connecting the turbine 1 to the container 2 is open and the the air space 9 above the liquid level in the container 2 with the compressed air reservoir 4 connecting line 10 blocked by a valve 11. A float valve 12 arranged on the still empty container 3 is open. If the turbine 1 is to be acted upon, the valve 11 is opened by means of the solenoid valve 13, whereupon compressed air flows over from the memory 4 into the space 9 via the liquid in the feed container 2. The pressure in this space 9 then rises so much that the liquid from the container through the line 8 is displaced towards the turbine. The liquid emerging from the turbine 1 is in the container 3 at open float valve 12 caught. The latter only closes as soon as the indicated fluid level is reached is reached, d. H. after all or almost all of the liquid has spilled over. Then with the flap 7 closed in the container 2, the liquid is pumped through the line 15 controlled by a check valve 14 is pumped back into the feed container 2, the in This “container located air through the valve 11, which is still open, and the line 10 into the compressed air storage container 4 is pushed back. After the transfer is complete, the valve 11 is closed and that a valve 17 dominating the two containers 2 and 3 connecting the two tanks 2 and 3 to one another open for a short time. After opening the flap 7 in the container 2, the system is ready for the next operation. To cover leakage air losses, a line controlled by a check valve 18 is required 19 connected to the pressure accumulator 4 compressor 6 is provided.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Drive system with liquid turbine, the drive liquid of which is in a reservoir of the pressure of a gaseous medium is applied, which is in a gas space under pressure is held, and after passing through the liquid turbine in a collecting container low Pressure flows off, which is in communication with the reservoir by a pump, thereby marked ,, that the plant for short-term high power output of the turbine is formed in that between the gas space (4) and the storage container (2) a shut-off valve (11,13) is arranged that on the collecting container (3) after If the total amount of liquid available for use is exceeded, it closes automatically Vent valve (12) is arranged that the pump (5) is designed as a high pressure pump, wherein the shut-off valve (11, 13) is open during the pumping operation with the turbine at a standstill, and the one provided in the line (8) connecting the storage container (2) to the liquid turbine (1) The shut-off element (7) is closed. 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.2. Drive system according to claim 1, characterized in that the storage container (2) and the Collecting container (3) above the liquid level (9) with one another through a shut-off device Pressure equalization line (16) is connected. 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.3. Drive system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the high pressure pump (5) automatically when a certain liquid level is reached in the collecting container (3) is switched on.