DE2222969A1

DE2222969A1 - Verfahren und Anordnung zum Behandeln der Abgase von auf Pruefstaenden befindlichen Strahltriebwerken

Info

Publication number: DE2222969A1
Application number: DE19722222969
Authority: DE
Inventors: Teller Aaron J
Original assignee: Teller Environmental Systems Inc
Current assignee: Teller Environmental Systems Inc
Priority date: 1971-05-13
Filing date: 1972-05-10
Publication date: 1972-11-30
Also published as: JPS5232007B1; DE2222969B2; FR2139479A5; US3899923A; GB1399731A

Description

JMpL-Phyt. W. Kaikofi

^r~* PfcUotamw* Dr. phil. G. B. HAGEN

Patentanwalt 2222969

MÜNCHEN 71 (Solln)
Franz-Hals-Straße 21
Telefon 79 6213

TS 3046 München, 30. April 1972

sch

TELLER ENVIRONMENTAL SYSTEMS, INC.

295 Fifth Avenue

New York, N.Y. 100l6, U.S.A.

Verfahren und Anordnung zum Behandeln der Abgase von auf Prüfständen befindlichen Strahltriebwerken

Priorität; 13. Mai 1971} V.St.A.j Nr..l43 066

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Behandeln der heißen Abgase aus Strahltriebwerken und insbesondere auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Behandeln der Abgase von auf Prüfständen laufenden Triebwerken. Die Erfindung bezieht sich vor allem auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Freigabe der kinetischen Energie der Strahltriebwerkabgase durch Ansaugen eines Verstärkungsluftstromes und Einführung einer verdampfungsfähigen Flüssigkeit in die Heißgase·

Beim herkömmlichen Testen von Strahltriebwerken auf Prüfständen reißen die heißen Abgase des laufenden Triebwerks Luft aus der den Abgasstrom umgebenden Atmosphäre mit sich und übertragen auf den mitgerissenen Luftstrom einen Teil ihrer kinetischen Energie. Der angesaugte Luftstrom, der allgemein als Verstärkungsluftstrom bezeichnet wird, verdünnt und kühlt den Abgasstrom, wodurch eine Beschädigung der

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Bayerische Veremsbank München 820993

Strahltriebwerksprüfzelle verhindert wird. Bei typischem. Prüfbetrieb beträgt die Menge der durch den Abgasstrom angesaugten Verstärkungsluft das 2 bis 4fache der Triebwerksabgase von Turboluftstrahltriebwerken mit Nachbrennern und . das l/2- bis 2fache der Masse der Triebwerksabgase von Fan-Triebwerken. Der kombinierte Strom von gekühlten Strahltriebwerksabgasen und Verstärkungsluft wird dann Gaswaschanlagen, Hauchgasreinigern und ähnlichen Einrichtungen zugeführt. In diesen Einrichtungen werden die in dem Abgasstrom enthaltenen Festkörperpartikel entfernt, und die schädlichen Gase werden absorbiert.

Durch den Bau immer größerer Strahltriebwerke haben sich die Schwierigkeiten der Behandlung der Abgase zwecks Entfernung der darin enthaltenen Schmutzstoffe mehr als angemessen erhöht. Höhere Auflagen für die Überwachung der Luftverschmutzung durch die Behörden während der letzten Jahre haben ein wirksameres Entfernen von Schmutzstoffen aus dem Abgasstrom unabdingbar gemacht. Die extrem großen Gasmengen, die in der Ausrüstung zur Verschmutzungsbekämpfung unterhalb von typischen Strahltriebwerkprüfständen, welche mit Luftverstärkung arbeiten, behandelt werden müssen, machen beträchtliche Investitionen erforderlich und bedingen hohe Betriebskosten, wenn die Auflagen zur Regulierung des Verschmutzungsgrades erfüllt werden sollen. Daher sind durch die größeren Triebwerkgrößen in Verbindung mit den strengeren Luftverschmutzungsauflagen viele Strahltriebwerkprüfstände veraltet, und vorhandene Einrichtungen werden mit sicherheitsgefährdenden oder ungenügend hohen Belastungen beaufschlagt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen für die Behandlung der heißen Abgase eines auf einem Prüfstand laufenden Strahltriebwerkes. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine

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Anordnung zu schaffen zur Behandlung der heißen Abgase eines Strahltriebwerks in solcher Weise, daß die bei herkömmlichen Verstärkungeverfahren auftretenden übermäßigen Gasströme nicht auftreten.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, wobei die Vorbereitung der heißen Abgase zur weiteren Behandlung in Verschmutzungsbekämpfungseinrichtungen ermöglicht ist. Weiterhin ist es. Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Verstärkung heißer Strahltriebwerkabgase zu schaffen, wobei jedoch eine zufriedenstellende Triebwerkstabilität aufrechterhalten und die Triebwerkprüfzelle vor übermäßigen Temperaturen und unstabilen Strömungsbedingungen geschützt wird.

Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, wodurch die bisher verwendeten Triebwerkprüfstände mit größeren Triebwerken verwendet werden können, ohne die bestehende Ausrüstung und die zugehörigen Verschmutzungsbekämpfungseinrichtungen übermäßig zu belasten. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, die in

herkömmlichen Triebwerkprüfzellen entwickelte Geräuschenergie zu vermindern.

Diese Ziele der Erfindung werden erreicht mit einem Verfahren zum Behandeln der heißen Abgase eines Strahltriebwerkprüfstandes, wobei eine Flüssigkeit in Form feiner Partikel in die heißen Abgase eingeführt wird. Die Flüssigkeit sollte bei der Temperatur der Heißgase verdampfbar sein. Die bevorzugte Flüssigkeit ist Wasser, und zwar in erster Linie wegen seiner physikalischen Eigenschaften und weil es am leichtesten verfügbar ist. Es ist wünschenswert, daß das Wasser oder eine andere Flüssigkeit als Strahl auf die Oberfläche des Kegels von heißen Abgasen geführt wird. Bei einer

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bevorzugten Ausführungsform, die noch beschrieben wird, wird die verdampfbare Flüssigkeit zusammen mit reduzierten Mengen von Verstärkungsluft in die heißen Abgase eingeführt.

Bei der unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Wasser als Wasserstrahl oder Sprühnebel in einer Mischzone in den Strom der heißen Triebwerkabgase eingeführt, und zwar in einer Menge von zwischen 0,0227 bis 0,88 kg pro 0,454 kg Abgasstrom zusammen mit Verstärkungsluft in einer Menge von zwischen 0,0454 bis 0,544 kg pro 0,454 kg Abgasstrom. Die Triebwerkabgase werden so durch Verbindung mit dem Wasser und der Verstärkungsluft auf eine Temperatur von etwa 43,3 bis 93,3°C gekühlt. Zweckmäßigerweise wird der so gekühlte Triebwerkabgasstrom durch eine noch zu beschreibende Anordnung geführt, und ein Teil der gekühlten Gase wird wieder in die Mischzone zurückgeführt. Falls gewünscht, können zusätzliche Mengen von Wasser oder einer anderen verdampfbaren Flüssigkeit in das'durch die erfindungsgemäße Anordnung strömende gekühlte Gas eingeführt werden, um die Temperatur weiter herabzusetzen. Die endgekühlten Gase werden Gaswäschern oder anderen Schmutzbekämpfungseinrichtungen zugeführt zwecks Entfernens der darin enthaltenen partikelförmigen Schmutzstoffe.

Die Einführung einer yerdampfbaren Flüssigkeit wie Wasser in den heißen Triebwerkabgasstrom dient vielerlei Zwecken. Erstens wird das flüssige Wasser bei den hohen Temperaturen des Abgasstromes verdampft, und der sich bildende Dampf ersetzt einen Teil der Luftmasse, die normalerweise bei herkömmlichen Luftverstärkungsverfahren angesaugt werden müßte. Es ergibt sich also für die Luft, die normalerweise benutzt werden würde, ein Nettoaustausch eines verdichtbaren Verstärkungsfluids. Zweitens entfernt die Flüssigkeit während des Verdampfens bei den hohen Temperaturen des Triebwerk-

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abgasstromes eine beträchtliche Menge wahrnehmbarer Wärme aus dem Abgasstrom, wodurch dessen Temperatur gesenkt wird« Da eine Hauptaufgabe der Erfindung die Kühlung der Strahltriebwerkabgase ist,zwecks Vermeidung von Beschädigung der Triebwerkprüfzelle, wird diese Aufgabe durch die Einführung von Wasser in wirksamer Weise gelöst. Obwohl bei herkömmlichen Stirahltrxebwerkprufzellen Wasser eingeführt wird zur Kühlung der Gase, wird dieses abwärts vom Luftmischbereich und anschließend daran eingeführt und hat daher auf den Verstärkungsgrad keine entscheidende Wirkung· Außerdem wird das Wasser allgemein in den Hauptgasstrom eingeführt und ruft dadurch Störungen im Gasstrom hervor· Diese Störungen wiederum können Instabilitäten der Triebwerkleistung bewirken, und infolgedessen muß der Verstärkungsgrad erhöht werden, um die Triebwerkstabilität aufrechtzuerhalten·

Schließlich kann der Wasserdampf in dem gekühlten Abgasstrom, da der Dampf ein verdichtbarer Dampf ist, leicht durch Kondensation aus dem gekühlten Abgasstrom entfernt werden, und zwar in den Eingangsstationen eines Verschmutzungsregelsystems, und auf diese Weise kann das Volumen des das Verschmutzungsregelsystem durchlaufenden Gases wesentlich reduziert werden. Dies ist äußerst wichtig bei der Anpassung bereits vorhandener Strahltriebwerkprüfzellen zur Verwendung mit größeren Strahltriebwerken.

Bei dem bevorzugten Verfahren bzw. der bevorzugten Anordnung gemäß der Erfindung werden die heißen Abgase von einem Strahltriebwerkprüf stand in den konvergierenden Abschnitt eines Venturi-Rohres eingeführt, das an seinem aufwärts liegenden Ende in einer Hingzone, die die S fcrahltriebwerkabgase umgibt, zur Atmosphäre offen ist. Der eine große Geschwindigkeit aufweisende Strom von Abgasen in den konvergierenden Abschnitt des Venturi-Rohres bewirkt ein Ansaugen zusätzlicher Luft um den Kern des Abgasstromes herum und bewirkt auch

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durch Ausbildung eines niedrigen statischen Druckes die Ansaugung eines inneren Rückführstromes gekühlter Gase und nichtverdampften Wassers, wodurch die Menge der extern zu-_# zuführenden Luft reduziert wird. Die Verstärkungsluft und der damit vermischte Abgasstrom strömen durch die Verengung des Venturi-.Rohr es in einen an der Einschnürung des Venturi-Rohres befindlichen Mischbereich· In dem Mischbereich wird ein Wasserstrahl oder ein Wassersprühnebel eingeführt. Im Mischbereich findet eine teilweise Verdampfung des Wassers statt, und das gekühlte Gemisch aus Abgasen, angesaugter Luft und Wasserdampf strömt in eine Verstärkerzone, die einen rohrförmigen äußeren Mantel und einen im wesentlichen konzentrischen rohrförmigen inneren Mantel aufweist. Der innere Mantel hat eine etwas geringere Länge als der äußere Mantel sowie eine Innenfläche, die von der beiden rohrförmigen Mänteln gemeinsamen Mittelachse nach außen divergiert. Das gekühlte Gemisch aus Abgasen, angesaugter Luft und Wasserdampf strömt in den divergierenden inneren Mantel, und ein Teil des aus dem inneren Mantelraum ausströmenden Gemisches wird durch den ringförmigen Raum zwischen den Mänteln in die Mischzone rückgeführt. Man hat festgestellt, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung, die die Rückführung eines Teils der gekühlten Gase mit nichtverdampftem Wasser bewirkt, ein weit wirkungsvollerer Gesamtverstärkungsprozeß erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung; und

Figur 2 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 den hinteren Teil eines auf einem Prüfstand gehaltenen Strahltriebwerkes. Die Einzelheiten des StrahltriebwerkprüfStandes sind weggelassen, da dieser bezüglich des Betriebes der Anordnung bzw. des Verfahrens nicht wichtig ist. Der aus dem Triebwerk 10 kommende Abgasstrom ist mit 12 bezeichnete l4t bezeichnet eine Verstärkerzone, die aus einem zylindrischen Rohr 15 von rundem Querschnitt besteht, das sich von einer Stelle hinter dem rückwärtigen Teil des Triebwerkes 10, die mit l6 bezeichnet ist, zu einer mit l8 bezeichneten entgegengesetzt liegenden Stelle erstreckt. Die Verstärkerzone 14 und das Triebwerk 10 sind im wesentlichen koaxial. Am Vorderende 16 des Rohres 15 ist zur weiteren Aufnahme der Abgase ein konvergierender äußerer lippenförmiger Ansatz 17 vorgesehen.

Die Funktion der Verstärkerzone 14 besteht darin, die unten beschriebenen Abgas- und Verstärkungsströme in eine Richtung zu leiten, während die Energie in dem Abgasstrom verteilt wird, und das aus Abgasstrom und Verstärkungsluftstrom bestehende Gemisch einer unterhalb der Stelle 18 gelegenen Schmutzbekämpfungsanordnung zuzuleiten. Die Verstärkerröhre 15 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, das die Temperaturen und Geschwindigkeiten der Triebwerkabgase e. ·=> tragen kann. Typischerweise hat die Zone Ik einen Durchmesser, der zwei- bis sechsmal so groß ist wie der Durchmesser der Abgasauslaßöffnungen des Strahltriebwerkes.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt durch Einführung einer verdampfbaren Flüssigkeit in den heißen Abgasstrom 12. Die Flüssigkeit kann entweder als feiner Sprühnebel an der Oberfläche des heißen Abgasstromes eingeführt werden, wie es bei 20 gezeigt ist, oder indem Hochgeschwindigkeits-WasKorstrahlen an der engsten Stelle des Venturiltohres radial in ,den Abgasstrom eindringen. Es kann ein geeigneter Sjjrülmebelerzeuger 20 Anwendung finden. Man hat

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festgestellt, daß bei Einführung von 0,0227-0,88 kg Wasser pro 0,454 kg Abgase eine ganze Reihe von Vorteilen erreicht wird, nämlich reduzierte Gesamtverstärkung, Aufrechterhaltung der Stabilität des Abgasstroms, Kühlung des Abgasstroms und Einführung eines kondensierbaren Verstärkungsdampfes.

Bei einer bevorzugten Betriebsweise mit einer Anordnung gemäß Figur 1 wird der Trxebwerkabgasstrom verstärkt durch einen feinen Sprühnebel verdampfbarer Flüssigkeit, z. B. Wasser, zusammen mit einem Strom angesaugter Verstärkungsluft, welcher beträchtlich kleiner ist als der Luftstrom, der bei einer herkömmlichen Verstärkungszone angesaugt werden würde· Der LuftverStärkungsstrom wird durch den gleichen ringförmigen Bereich wie der Sprühnebel angesaugt. So bezeichnet in Figur 1 das Bezugszeichen 22 einen Luftstrom, der durch die mit hoher Geschwindigkeit strömenden Triebwerkabgase angesaugt wird. Der Luftstrom 22 wird auch deshalb an der Oberfläche des Abgasstromes eingeführt, um die Stabilität des Abgasstromes zu verbessern und eine Reflexion von Stoßwellen zurück in das Triebwerk zu verhindern. Man hat festgestellt, daß, wenn der Wassersprühnebel gleichzeitig mit Verstärkungsluft eingeführt wird, die Temperatur der Abgase bei Einführung von zwischen 0,0227-0,88 kg Wassersprühnebel pro 0,454 kg Abgase zusammen mit 0,0454-0,544 kg Verstärkungsluft pro 0,454 kg Abgase die Temperatur auf etwa 82,2-93i3 C reduziert werden kann· Dies ist vorteilhaft im Vergleich zu herkömmlichen Verstärkungsverfahren, bei denen es zum Erzielen der gleichen Ergebnisse erforderlich ist, zwischen 0,272-1,81 kg Luft pro 0,454 kg Abgase einzuführen.

Zusätzlicher Wassersprühnebel kann an einer oder mehreren Stellen entlang der Länge der Verstärkungszone eingeführt werden. Die Zuführungsstellen für weiteren Wassersprühnebel sind in Figur 1 bei 24 gezeigt. Der Zweck dieser weiteren Sprühnebelzufuhr besteht darin, den gemischten Abgas-

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und Verstärkungsluftstrom weiter auf Temperaturen abzukühlen, bei denen sie in Schmutzbekämpfungsanlagen behandelt werden können·

Das Bezugszeichen 30 in Figur 2 bezieht sich auf ein Strahltriebwerk mit einem hinteren Abschnitt 32. Das Strahltriebwerk 30 ist auf einem nicht gezeigten Prüfstand gehalten. Es ist horizontal gelagert und mit der Mittelachse 33 des Venturi-Rohres 34 koaxial. Die Verengung 36 des Venturi-Rohres 34 führt zu einer Mischzone 38 und einer Verstärkerzone 40. Die in Figur 2 gezeigte Anordnung weist einen der . Mischzone 38 und der Verstärkerzone 40 gemeinsamen äußeren zylindrischen Mantel 42 auf. Der Mantel 42 besteht aus irgendeinem Material, das die Temperaturen und Geschwindigkeiten der Strahltriebwerkabgase ertragen kann, nämlich typischerweise aus Legierungsstahl. Eine Vielzahl von Wasserstrahldüsen 44 ist um die Außenfläche des durch die Verengung 36 des Venturi-Rohres 34 strömenden Abgaskonus angeordnet. Diese Wasserstrahldüsen haben irgendeine für den Zweck geeignete Konstruktion; es ist ihre Aufgabe, einen feinen Wassersprühnebel auf die Oberfläche des Kernes von Abgasen und Verstärkungsluft zu richten oder mit hoher Geschwindigkeit strömende Wasserstrahlen radial in den Kern des Abgas-Luft-Gemisches zu richten.

Abwärts der Mischzone 38 ist ein rohrförmiger innerer Mantel 46 vorgesehen, der durch nicht gezeigte Mittel gehalten ist. Die Gesamtlänge des rohrförmigen Mantels 46 ist kleiner als die des äußeren Mantels 42, und der innere Mantel 46 ist in bezug auf den äußeren Mantel 42 im wesentlichen konzentrisch angeordnet. Der innere Mantel 46 erstreckt sich von einer stromaufwärts liegenden Stelle 48 direkt abwärts von dem Mischbereich 38 zu einer nahe dem abwärts gelegenen Ende des Mantels 42 liegenden Stelle 50. Die Dicke des Mantels 46 ist am aufwärts gelegenen Ende größer, und dementsprechend

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divergiert die Innenfläche des Mantels 46 nach außen von der gemeinsamen Mittelachse 33 des Venturi-Hohres 34 und der Mantel 42 und 46. Diese divergierende Fläche ist mit 52 bezeichnet. Zwischen sich bilden der innere Mantel 46 und der Außenmantel 42 eine Ringzone 54.

Abwärts des inneren Mantels 46 und an den Innenflächen des Außenmantels 42 sind ringförmige Leitbleche 56 vorgesehen. Diese Leitbleche sind nicht unbedingt notwendig; ihre Anordnung in den gezeigten Positionen hat jedoch eine vorteilhafte Wirkung auf die Rückführung von teilweise gekühlten Abgasen. Noch weiter abwärts in der Verstärkerzone 40 und koaxial mit der Mittelachse 33 ist ein konischer Zerteiler 58 angeordnet, der den Kern der die Anordnung durchströmenden Abgase zerteilt. Die Verwendung eines Zerteilers ist nicht unbedingt notwendig und hängt zum großen Teil von der Wirksamkeit der eindringenden Sprühnebel ab. Dem Zerteiler 58 können die schematisch in Figur 2 gezeigten Sprühmittel zugeordnet sein.

Im Betrieb werden die den hinteren Teil 32 des Strahltriebwerkes 30 verlassenden heißen Abgase in den konvergierenden Abschnitt des Venturi-Rohres 34 eingeführt. Die mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gase bilden einen Niederdruckbereich an der Verengung 36 des Venturi-Rohres aus, und dadurch wird ein Verstärkungsluftstrom durch den ringförmigen Raum, der durch das konvergierende Venturi-Rohr und den hinteren Teil 32 des Triebwerkes 30 begrenzt ist, angesaugt. Der Verstärkungsluftstrom ist mit 60 bezeichnet. Das Gemisch von angesaugter Verstärkungsluft 60 und Triebwerkabgasen 62 strömt durch die Verengung 36 des Venturi-Rohres 34 und in den Mischbereich 38. Durch Düsen 44 werden Wasserstrahlen in den Kern des Gasgemisches eingeführt, das durch den Mischbereich strömt. Das Gemisch von Triebwerkabgasen, Verstärkungsluft und Wasser, wobei letzteres teilweise verdampft

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wird, strömt in den Verstärkungsbereich 40. Während der teilweise gekühlte Abgasstrom durch den inneren Mantelraum 46 strömt, kann in den Abgasstrom ein weiterer feinverteilter Wassersprühnebel durch zusätzliche, in Figur 2 scheraatisch dargestellte Sprühmittel eingeführt werden. Ein Teil der gekühlten gemischten Gase, die das abwärts gelegene Ende 50 des inneren Mantels 46 verlassen, strömt um das Ende 50 und durch den Ringbereich 54 zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel. Dieser Rückführstrom ist mit 65 bezeichnet.

Die Triebkraft, die bewirkt, daß ein Teil der Gase durch die Ringzone 54 in den Mischbefeich rückgeführt wird, ist das Druckdifferential zwischen dem abwärts gelegenen Ende der divergierenden Zone des Innenmantels 46 und dem reduzierten Druck an der Stelle des Mischbereiches 38» die an der Einschnürung des Venturi-Rohres Jk liegt. Durch Einstellung des Grades der Divergenz der Innenseiten 52 des Innenmantels 46 und der Dimensionen des Ringraumes 54 zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel ist es möglich, innerhalb gewisser Grenzen die in den Mischbereich zurückgeführte Gasmenge zu regeln. Da die Druckbedingungen in der Verstärkungszone 40 von dem Durchmesser des.Außenmantels, dem Durchmesser des Innenmantels, dem Divergenzgrad des Innenmantels, dem Volumen und der Geschwindigkeit der Abgase, der Verstärkungsluft und des Wassersprühnebels und von weiteren Charakteristiken abhängen, ist es nicht möglich, die geometrischen Verhältnisse genau festzulegen, die zum Erreichen einer bestimmten Rückführmenge zu beachten sind. Man hat jedoch festgestellt, daß es wünschenswert ist, zwischen 5-50 % der gesamten Gasmenge, die durch das abwärts gelegene Ende des Innenantels 46 strömt, in den Mischbereich zurückzuführen. Auf diese Weise wird nichtverdampftes Wasser, das in dem aus dem Innenmantel strömenden Gas enthalten ist, mit frischen Abgasen zusammengemischt, und das Wasser kann wirksamer ausgenutzt werden. Dies resultiert wiederum in einer verminderten Strömung von

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Verstärkungsluft, und dadurch werden die verschiedenen gemäß der Erfindung zu lösenden Probleme gelöst.

Es ist zwar schwierig, die genaue Geometrie eines bestimmten Venturi-Rohres sowie einer Verstärkungszone festzulegen, man hat jedoch festgestellt, daß der Konvergenzwinkel des Venturi-Rohres vorzugsweise zwischen 15 und 45 liegt. Dies ist der Winkel zwischen der Mittelachse 33 und den konvergierenden Flächen des Venturi-Rohres 34.

Es ist wünschenswert, daß der Durchmesser der Verengung 36 des Venturi-Rohres 34 um 2,5^-38,10 cm größer ist als der maximale Flammendurchmesser der Abgase des Strahltriebwerkes. Dadurch wird ein ausreichend großer ringförmiger Raum geschaffen, durch den Verstärkungsluft 60 angesaugt werden kann. Es können Mittel vorgesehen sein zur Veränderung der Lage des Strahltriebwerkes JO entlang der Achse 33« so daß unterschiedliche Betriebscharakteristiken erhalten werden können , oder es können Mittel vorgesehen sein zur Regulierung des Winkels des konvergierenden Abschnitts des Venturi-Rohres, so daß ein optimales Verhältnis in bezug auf den Durchmesser des Triebwerkabgasstromes erreicht wird·

Man hat festgestellt, daß die über Düsen 44 in den Mischbereich 38 eingeführten Wasserstrahlen vorzugsweise radial und gleichmäßig um den Umfang des Abgaskernes eingeführt werden· Vorzugsweise wird der Sprühnebel unter einem Winkel von zwischen O-3O⁰ abwärts der Vertikalen eingeführt. Die Sprühnebelmittel können beispielsweise aus einer kreisförmigen Rohrleitung bestehen, in deren Innenumfang unter Winkeln von zwischen O-3O⁰ zur Vertikalen in gleichmäßigem Abstand Löcher eingebohrt sind· Bei einer anderen Ausführung können die Sprühnebelmittel Sprühdüsen sein, die gleichaKBig um die Oberfläche des Abgaskonu· orientiert sind· Generell wird der

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Sprühnebel in den Abgasstrom mit einer Geschwindigkeit von zwischen 6,09-60,96 m/sek eingeführt.

Man hat festgestellt, daß zum Erreichen der Rückführung von Gasen um den Innenmantel 46 herum und durch den Kingraum 54 in den oben genannten Mengen der Divergenzwinkel der Innenfläche des Mantels 46 in bezug auf die horizontale Achse von zwischen 4-15 betragen sollte. Vorzugsweise ist der Divergenzwinkel etwa 7 · Wie Figur 2 zeigt, sind die vordersten und hintersten Flächen 48 bzw. 50 des Innenmantels 46 abgerundet zwecks Schaffung einer gleichmäßigen aerodynamischen Fläche für die Abgase.

Es ist wünschenswert, daß das Verhältnis des Außendurchmessers des Innenmantels 46 zum Innendurchmesser des Außenmantels 42 zwischen 0,5-0,95 beträgt. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn das Verhältnis dieser Durchmesser zwischen 0,65-0,90 liegt. Es ist möglich, den Grad der Rezirkulation der durch den Innenmantel 46 strömenden Gase zu regulieren durch Veränderung des Durc hnessers der Leitbleche 56. Generell sollte der Innendurchmesser des Leitbleches nicht weniger als 15,24 cm kleiner sein als der Außendurchmesser des Hinterendes des Innenmantels 46. Vorzugsweise ist das Verhältnis des Innendurchmessers des Leitbleches 56 zum Innendurchmesser des Außenmantels 42 zwischen 0,8 bis 1·

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren werden unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel I

Ein Strahltriebwerk wurde auf einem Prüfstand montiert. Die von' dem Triebwerk ausgehenden Abgase wurden gemäß herkömmlicher Praxis verstärkt. Der Gesamtabgasstrom war 8l,6 kg/sek bei einer Temperatur von 7O4°C. Die Verstärkung wurde in einer

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Anordnung gemäß Figur 1 vorgenommen«

Bei einem ersten Test wurde der Abgasstrom auf 204 C abgekühlt. Es zeigte sich, daß 1,36 kg Verstärkungsluft erforderlich waren, um die Temperatur des Abgasstroms auf 204°C zu reduzieren, und dementsprechend war der Gesamtgasstrom aus dem Verstärkerbereich das 4fache des ursprünglichen Triebwerkabgasstroms.

Bei einem zweiten Test wurde die Temperatur des Abgasstroms auf 132 C reduziert. Bei diesem Test war es erforderlich, 1,27 kg Verstärkungsluft pro 0,454 kg Abgase einzuführen, und dementsprechend betrug der den Verstärkungsbereich verlassende Gesamtstrom das 3»8fache des ursprünglichen Abgasstroms·

Beispiel 11

Das Strahltriebwerk wurde gemäß dem erfindungsgemäßen V»r*- fahren getestet. Ein Wassersprühnebel wurde auf das Äußere des Abgasstroms in einer Menge von 0,104 kg pro 0,454 kg des Abgasstroms eingeführt. Zusätzlich wurde Verstärkungsluft in einer Menge von 0,227 kg pro 0,454 kg Abgasstrom eingeführt. Die Temperatur des Abgasstroms wurde dadurch auf 6,8 C reduziert, und der den Verstärkungsbereich verlassende Gesamtstrom betrug das l,73fache des ursprünglichen Abgasstroms.

Man sieht also, daß zum Abkühlen der Abgase auf die niedrigere Temperatur von 68 C mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens es nur erforderlich ist, den Gesamtabgasstrom auf das l,73f^>a^che seines ursprünglichen Wertes zu erhöhen. Bei den herkömmlichen Verfahren beträgt der voll verstärkte Abgasstrom das 3j8fache des ursprünglichen Abgasetroms. Infolgedessen werden die stromabwärts auftretenden Probleme der Verschmutzungsbekämpfung außerordentlich vereinfacht dadurch,

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daß der Gesamtabgasstrom bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträchtlich geringer ist als bei den herkömmlichen Verfahren.

Beispiel III

Ein Verstärkungsprozeß wurde in der Verstärkungszone von Figur 1 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, d. h. gemäß Beispiel II, durchgeführte Ein Strahltriebwerk der Marine mit der Bezeichnung J-79-8 wurde auf einem Triebwerkprüfstanddhontiert und mit voll arbeitendem Nachbrenner betrieben· Das Triebwerk entwickelte eine Schubkraft von 7718 kg. Der Abgasstrom war 8l,6 kg/sek und verließ den Nachbrenner mit einer Temperatur von 1728,8 C.

Bei einem ersten Test wurden 1514 l/min Wasser zusammen mit 0,998 kg Luft pro 0,45^ kg Abgas zu dem Konus des Abgässtromes zugeführt. Dadurch wurde der gemischte Strom auf 232 C abgekühlt, und die Abgase verließen die Verstärkungszone mit einer Gesamtströmungsgeschwindigkeit von 25 900 m /min·

Bei einem zweiten Test wurde der dem Triebwerkabgasstrom zugeführte Wassersprühnebel auf 3785 l/min erhöht. Die Temperatur des gemischten Stroms wurde dadurch auf 85 C reduziert. Bei dem zweiten Test betrug die tatsächliche Strömung aus gemischten und gekühlten Abgasen, Verstärkungsluft und verdampftem Wasser 21 900 mr/min.

Beispiel IV

Das in Beispiel III beschriebene Strahltriebwerk wurde mit der gleichen Geschwindigkeit wie in Beispiel III betrieben. Die Verstärkung fand jedoch in einer der Figur 2 ähnlichen Anordnung statt. Die Abmessungen des Venturi-Rohres, des Mischbereiches und'des Verstärkungsbereiches waren wie folgt:

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25°	k cm
86,	cm
183	cm
147
7°

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Konvergenzwinkel des Venturi-Rohres Durchmesser der Venturi-Rohrverengung

Innendurchmesser äußerer Verstärkermantel Außendurchmesser innerer Verstärkermantel

Divergenzwinkel, der Innenfläche des Innenmantels

Innendurchmesser Leitfläche abwärts des

Innenmantels 1^7 cm

Wassersprühnebel wurde dem Äußeren des Abgasstromkonus mit einer Rate von 3785 l/min zugeführt, d. h. der gleichen Rate wie beim zweiten Test von Beispiel III. Es wurde Verstärkungsluft mit einer Geschwindigkeit von O,45mal derjenigen des ursprünglichen Abgasstroms durch den Ringbereich zwischen dem Triebwerk und dem Venturi-Rohr eingeführt. Das sich ergebende Gemisch aus Abgasen, Verstärkungsluft und verdampftem Wasser, das den Verstärkungsbereich verließ, hatte eine Temperatur von 85 C, d. h. eine Temperatur nahe derjenigen der gekühlten Abgase beim zweiten Test von Beispiel III. Die den Verstärkungsbereich verlassende Gesamtgasströmung war 13 300 mVmin, wogegen es in Beispiel III 21 900 m³/min waren. Das Verhältnis von riickge führ ten teilweise gekühlten Gasen zu dem den Innenmantel des Verstärkungsbereiches durchströmenden Gesamtstrom war etwa.

Man sieht also, daß der den Verstärkungsbereich gemäß der Erfindung verlassende Gesamtstrom von Abgasen etwa 60 % des Gesamtstromes von Abgasen ist, die einen herkömmlichen Verstärkungsbereich verlassen, der unter ähnlichen Verfahrensbedingungen, jedoch ohne die Rückführung von teilweise gekühlten Abgasen durchgeführt wird.

Patentansprüchel

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Claims

Patentansprüche

(1. /Verfahren zum Behandeln der heißen Abgase von einem Strahltriebwerk-Prüfstand, dadurch gekennzeichnet, daß den heißen Abgasen eine Flüssigkeit zugeführt wird, die bei der Temperatur der Heißgase verdampfbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den heißen Abgasen Wasser zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die heißen Abgase eingeführte Wassermenge von zwischen 0,0227 bis 0,88 kg pro 0,454t kg Abgas beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfbare Flüssigkeit in die heißen Abgase an der Außenfläche des Abgaskonus eingeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfbare Flüssigkeit zusammen mit Luft in die Abgase eingeführt wird.
6. Verfahren zum Behandeln der heißen Abgase von einem Strahltriebwerk-Prüfstand, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Mischbereich den Abgasen Wasser in einer Menge von zwischen 0,0227 bis 0,88 kg pro 0,454 kg Abgase eingeführt wird zusammen mit Verstärkungsluft in einer Menge von zwischen 0,0454 bis 0,544 kg pro 0,454 kg Abgase, wobei die Triebwerksabgase dadurch auf eine nicht über 93,3°C liegende Temperatur abgekühlt werden.

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7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlte Triebwerksabgasstrom durch einen Verstärkungsbereich geführt wird und daß ein Teil des Abgasstromes in den Mischbereich rückgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichne t , daß eine zweite Wassermenge in das" durch den Verstärkungsbereich strömende gekühlte Gas eingeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e kennzeic.hne t , daß das Gas von dem Verstärkungsbereich einem Gaswaschbereich zwecks Entfernung von Schmutzstoffen zugeführt wird.
10. Verfahren zum Behandeln der heißen Abgase von einem Strahltriebwerk-Prüfstand, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Abgasstrom in den konvergierenden Abschnitt eines Venturirohres, das an seinem aufwärts gelegenen Ende zur Atmosphäre offen ist, eingeführt wird und dadurch ein Luftstrom in das Venturirohr angesaugt wird, daß in die aus heißem Abgasstrom und abgesaugter Luft bestehende Mischung in einer Mischzone an der Einschnürung und abwärts der Verengung des Venturirohres Wasser eingeführt wird und daß anschließend das aus Abgas, angesaugter Luft und Wasser bestehende Gemisch in eine Verstärkungszone strömt, die einen rohrförmigen äußeren Mantel und einen im wesentlichen konzentrischen rohrförmigen inneren Mantel aufweist, welcher eine geringere Länge als der äußere Mantel hat, wobei der innere Mantel eine Innenfläche aufweist, die entlang der beiden rohrförmigen Mänteln gemeinsamen Mittelachse von dieser nach außen divergiert, wodurch ein Teil des Gemisches durch den ringförmigen Kaum zwischen den Mänteln in den Mischbereich rückgeführt wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e ·- kennzeichnet , daß das Wasser gleichmäßig und radial nach innen in das aus Abgasen und angesaugter Luft bestehende Gemisch unter einem Winkel von zwischen O bis 30° zur Vertikalen stromabwärts zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Wasser mit einer Geschwindigkeit von zwischen 6,09 bis 60,9 m/sec zugeführt wird.
13· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß dem durch den inneren Mantel strömenden Gemisch zusätzliches Wasser zugeführt wird.
l4. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Divergenzwinkel der Innenfläche des inneren rohrförmigen Mantels in bezug auf die Mittelachse zwischen 4 bis 15 beträgt.
15· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzwinkel des Venturirohres zwischen*15 bis 45 beträgt und daß der Durchmesser der Verengung zwischen 2,54 bis 38,10 cm größer ist als der maximale Flammendurchmesser der Strahltriebwerksabgase.
16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß ein ringförmiges Leitblech an seinem Außenumfang an der Innenseite des Außenmantels an einer stromabwärts von dem Innenmantel liegenden Stelle befestigt ist und zur zusätzlichen Rückführung des aus Abgas, angesaugter Luft und Wasser bestehenden Gemisches dient.
17. Anordnung zum Behandeln der heißen Abgase von einem Strahltriebwerkeprüfstand, gekennzeichnet

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durch

einen-konvergierenden Abschnitt (3,6) eines Venturirohres

ein so angeordnetes Strahltriebwerk (30), daß dessen Abgase axial in den konvergierenden Venturirohrabschnitt (36) gerichtet sind, wodurch eine ringförmige Luftansaugzone zwischen dem Triebwerk (30) und den konvergierenden Wänden des Venturirohrs (34) geschaffen wird, einen rohrförmigen Mantel (42), der sich vom Außenumfang des Venturirohrs (34) nach hinten erstreckt, in dem rohrförmigen Mantel (42) stromabwärts der Verengung (36) angeordnete Wasserzuführmittel (44), und durch einen inneren rohrförmigen Mantel (46), dessen Gesamtlänge geringer ist als die des Außenmantelβ (42) und der abwärts der Wasserzuführmittel (44) und im wesentlichen ringförmig in bezug auf den Außenmantel (42) angeordnet ist, wobei der Innenmantel (46) eine Innenfläche (52) aufweist, die entlang der beiden rohrförmigen Mäntel (42, 46) gemeinsamen Mittelachse (33) und von dieser nach außen divergiert.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (42) zylindrisch ist.
19· Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichne t , daß die Wasserzuführmittel (44) radial und gleichmäßig um den durch die Verengung (36) des Venturirohrs (34) strömenden Strom aus Triebwerkeabgasen und angesaugter Luft angeordnet sind.
20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Sprühnebelzuführmittel ein kreisförmiges Rohr aufweisen, in dessen Innenumfang unter Winkeln von zwischen 0 bis 30° abwärts von der Verti-

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kalen in gleichmäßigem Abstand Löcher gebohrt sind,
21. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Sprühnebelmittel in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnete Düsen aufweisen, die unter Winkeln von zwischen 0 bis 30 abwärts von der Vertikalen orientiert sind.
22. Anordnung nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, daß der Innenfläche (52) des Innenmantels (46) Wassersprühnebelmittel zugeordnet sind.
23. Anordnung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Divergenzwinkel der Innenfläche (52) des rohrförmigen Innenmantels (46) zur Mittelachse (33) zwischen 4 bis 15° beträgt.
24. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß der Konvergenzwinkel des Venturirohres (34) zwischen 15 bis 45 beträgt und daß
der Durchmesser der Verengung (36) um zwischen 2,54 bis 38,10 cm größer ist als der maximale Plammendurchmesser der Strahltriebwerksabgase.
25. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges Leitblech (56) mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Außenmantels (42) an einer abwärts des Innenmantels (46) liegenden Stelle befestigt ist.
26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Innendurchmessers des Leitblechs (56) zum Innendurchmesser des Außenmantels (42) zwischen 0,8 bis 1 beträgt.

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27· Anordnung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß- abwärts des divergierenden Endes des Innenmantels (46) ein konischer Zerteiler (58) für den Kern des Abgasstroms angeordnet ist, wobei die Achse des Abgasstromkerns mit der gemeinsamen Mittelachse (33) der Mäntel (42, 46) zusammenfällt.
28. Anordnung nach Anspruch 271 dadurch gekennzeichne t , daß der Außenseite des Zerteilers (58) Sprühnebelmittel zugeordnet sind.

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