Waterburner

[crowd]

Bin gerade zum wiederholten male über das Bild hier gestolpert:

 

http://www.airliners.net/open.file/541868/L/

 

Hab auch schon mehrfach gelesen, dass bei den älteren Maschinen (B707, B727, CV880/990, Bac1-11, B52? usw.) Wasser in die Triebwerke zur Leistungssteigerung gespritzt wurde. Die Triebwerke haben bei dem Wassereinsatz auch immer entsprechend stark gerust.

 

Mich würde jetzt interessieren, wie das Wasser zur Leistungssteigerung beiträgt. Ist das vielleicht nur zur Kühlung, um das Triebwerk mit höheren Drehzahlen laufen zu lassen, ohne dass es überhitzt? Oder hat das Wasser einen anderen Zweck?

[HB-URS]

Ich selber kann darüber nur das erzählen was ich von älteren Mechanikern so gehört habe.

 

Bei der Swissair waren die beiden Boeing 747-200 am Anfang auch mit Waterburner ausgerüstet. Beim T/O wurde Wasser ins Triebwerk gespritzt. Durch das verdampfen des Wassers wurde Sauerstoff freigegeben woraus sich eine Leistungssteigerung ergab.

 

Da sich leider kein Mechaniker noch so richtig daran erinnern kann, kann ich auch nicht viel mehr darüber sagen.

 

Gruss URS

[Gast]

Den technischen Ablauf kann ich auch nicht erklären, aber in dem Zusammenhang auf den Unfall der PanInternational BAC 1-11 damals in HAM verweisen, bei der statt des erforderlichen destillierten Wassers normales Wasser im Tank war und zum Ausfall bzw. leistungsreduzierung desr TW geführt hat.

 

Ansonsten wünsche ich mir, ab und an mal einen guten alten water burner starten zu hören/sehen, am besten noch wenn er gleichzeitig auch smoker ist.

 

PS Beim Nachdenken über den Paninternational Unfall - da war damals glaube ich sogar Kerosin anstatt destillierten Wasser in dem Zusatztank, was dann auch den Sinn des Wassers erklärt - Kühlung. Durch das zusätzliche Einspritzen von Kerosin überhitzten die Triebwerke. Aber wie gesagt, ich bin kein Techniker.

[Loran]

Kurz der theoretische Background:

 

In die Formel des Schubs geht einerseits das Delta T (Temperaturdifferenz) der Turbine ein, also wie viel Wärme erzeugt wird (um so mehr, desto besser), andererseits der Massenstrom. Höherer Durchsatz ergibt mehr Schub. Ferner geht noch der der Druckbeiwert cp ein, aber das unrelevant für diese Erklärung.

 

Und nun die Praxis:

 

Ziel der Wassereinspritzung ist den Massenstrom zu erhöhen, was mehr Schub erzeugt. Dies muss die Nachteile des Systems amortisieren, das sind einerseits höheres Gewicht (in einer 747-200 gute 1000kg), andererseits höhere Systemkomplexität und Wartungsaufwand. Hinzu kommt das Gewicht des Wassers, das eingespritzt wird. Üblicherweise wurde Wassereinspritzung nur beim Start verwendet, um den Startschub zu maximieren. Durch die Wassereinspritzung wurde zwar einerseits der Massenstrom erhöht, jedoch auch gleichzeitig das Delta T der Brennkammer reduziert, was wiederum zu einer Reduktion des Schubes führte. Der Vorteil davon war dass die Turbinenschaufeln und Brennkammern somit entlastet wurden, die beim T/O nahe am Temperaturlimit arbeiten und dort unter extremer Beanspruchung laufen.

Ihr seht, es gibt eine Menge Pros und Cons, die zueinander in komplexen Beziehungen stehen. Die Frage ist nun ob die Summe der Pros und Cons einen Nutzen/Gewinn entwickelt oder nicht. In den 60ern und 70ern war man der Ansicht -ja, jedoch hat sich in den 80ern das System weitestgehend aus dem zivilen Markt verabschiedet.

 

Es ist aber sehr gut möglich dass die Wassereinspritzung ein Revival erlebt, denn ich weiß dass Boeing Studien am laufen hat, die analysieren, ob sich der Einsatz wieder lohnt, auch aufgrund der nochmals extrem gestiegenen Brennkammeraustrittstemperaturen. Die Schaufeln werden in modernen Triebwerken aus Einkristallen gezüchtet, die bei über 1300K operieren können, eine sehr hohe Dauerbelastung. Im Zuge der Revolution der Energiesysteme (Bleedless Engines, Wegfall der Hydraulik & Pneumatik, More Electric Airplanes) kann es gut sein dass Wassereinspritzung sich wieder lohnt. Das bleibt aber abzuwarten, denn die Airlines hätten es gerne unkompliziert.

 

Wie man auf den Fotos sieht, steigt die Rußproduktion extrem an. Sie ist eine nichtlineare Funktion der Brennkammertemperatur, die in niedrigeren T-Bereichen exponential ansteigt. Umgekehrt proportional verhält sich aber die NOx Produktion, eine der gossen Kritikpunkte der zivilen Luftfahrt. Um die Flughäfen ist die Konzentration extrem hoch, die im Sommer die Ozonbelastung antreibt. Ein weiteres Ziel von Boeing und Airbus sowie den TW-Herstellern ist die NOx-Belastung durch niedrigere Brennkammeraustrittstemperaturen zu reduzieren, und zwar gibt es da erhebliches Potential. Denn betrachtet man alle Kenzahlen von Triebwerker in den letzten 50 Jahren, haben sich alle außer de NOx Ausstoß erheblich verbessert, sei es SFC (Specific Fuel Consumption), Ruß, COx, Schwefel, etc. Nicht aber die NOx Ausstöße, denn diese sind durch die höheren Operationstemperaturen der Triebwerke sogar gestiegen, und man kann nichts dagegen machen. Aber dieses Thema wird nun auch von den Herstellern angegangen.

 

Wassereinspritzung bietet nun das Potential den NOx-Ausstoß zu verringern ohne Einbußen beim Schub, mit den Nachteilen der erhöhten Wartungskosten, Komplexität und Gewicht.

 

Ich hoffe das hat etwas Licht ins Dunkel gebracht. Bitte korrigiert mich wenn ich was falsch erklärt habe, hab das alles aus dem Kopf beschrieben, alle meine Skripte und Unterlagen dazu sind in D.

 

Gruß,

Axel

[Flugzeug]

http://de.wikipedia.org/wiki/Wassereinspritzung

[D-AGNT]

Durch das verdampfen des Wassers wurde Sauerstoff freigegeben

Ahem. Wenn man Wasser erhitzt, erhaelt man Wasserdampf, und zwar 1,7m² pro Liter Wasser.

Sauerstoff erhaelt man nur bei der Elektrolyse.

 

mfg, D-AGNT

[BobbyFan]

Ahem. Wenn man Wasser erhitzt, erhaelt man Wasserdampf, und zwar 1,7m² pro Liter Wasser.

Sauerstoff erhaelt man nur bei der Elektrolyse.

Da muss ich auch "Ahem." sagen

 

Wasser zerlegt sich bei:

700 °C zu ~0.00003%

1500 °C zu ~0.2%

2000 °C zu ~2%

2500 °C zu ~9%

3000 °C zu ~20%

3500 °C zu ~60%

in Wasserstoff und Sauerstoff.

 

Die Brandklasse D (Leichtmetallbrände) sollte man also nicht mit H2O löschen ;-)

[bravohgt]

Schub= MassexBeschleunigung

 

Und da die MAsse von Wasser größer ist als die von Luft gibts bei gleicher BEschleunigung dementsprechend mehr Schub. Kühlung etc. wird sicher auch noch einen Teil dazu Beitragen.

[N73544]

Das Einspritzen des Wassers in die hinteren Stufen des Verdichters führt zu einer Herabsetzung der Temperatur in den nachfolgenden Stufen und somit zu einer Erhöhung der Dichte. Der Massenstrom an Luft nimmt zu (Schluckgrenze wird verschoben). Gleichzeitig kann durch die Kühlung der Brennkammer mehr Brennstoff eingespritzt werden ohne die kritische Temperatur zu überschreiten, da die Brennkammer für diesen Betriebszustand nicht ausgelegt ist kann der zusätzlich eingespritzte Brennstoff nicht sauber verbrannt werden, das zu fette Gemisch verbrennt mit hohem Rußanteil. Deshalb die Rauchschwaden.

Meines Wissens gab es damals (Technik ist schon um die 70 Jahre alt) Probleme mit Korossion.

[D-AGNT]

Da muss ich auch "Ahem." sagen

 

Wasser zerlegt sich bei:

700 °C zu ~0.00003%

1500 °C zu ~0.2%

2000 °C zu ~2%

2500 °C zu ~9%

3000 °C zu ~20%

3500 °C zu ~60%

in Wasserstoff und Sauerstoff.

Ahem ;-), wie hoch sind denn die Temperaturen?

 

Brennkammer CF-6-80: 1400 °C max. Da kriegst du dann ´n Promille Sauerstoff. Boah, ey. ;-)

Nee, Loran hat das schon richtig dargestellt, dass es Hauptsaechlich um die Massenstromerhoehung geht.

Und wo N73544 es anspricht, erinnere ich mich jetzt auch wieder unscharf, dass es damals Probleme mit der Korrosion gab. Wobei damit nicht ordinaerer Rost gemeint war, sondern eine Art Metallversproedung, vermutlich Hydridbildung im Metallgefuege, aber loechert mich bitte nicht mit Details, das war jetzt nur grob aus der Gedaechtniskiste.

 

Die Brandklasse D (Leichtmetallbrände) sollte man also nicht mit H2O löschen ;-)

Schon richtig, aber wann hast du deinen letzten Leichtmetallbrand gesehen? Meistens brennt in aluminiumverarbeitenden Maschinen der Spankasten, und das ist dann doch oertlich recht begrenzt.

Mich gruselts eher vor Schwermetallbraenden - seit dem letzten mal 1986 sollte man moeglichst kein Wild mit Pilzsosse mehr essen...

 

mfg, D-AGNT

[BobbyFan]

Meine Werte bezogen sich auf deine Aussage

Sauerstoff erhaelt man nur bei der Elektrolyse.

Wenn du dich auf die Verbrennungstemperaturen im Motor beziehst, dann schreib es bitte auch dazu.

Dieser Satz ohne Zusammenhang geschrieben ist einfach falsch.

BTW: meinen letzten Leichmetallbrand sah ich vor ca. einem Jahr.

[Ich86]

MAl eine Frage noch dazu, was ist mit dem Wasserstoff der frei wird? Ist es nicht gefährlich den so unkontrolliert dieser Hitze auszusetzten? Oder sind es so geringe MEngen, dass es ehr noch den Vortrib unterstützt?

[munich]

[...]

 

Die Brandklasse D (Leichtmetallbrände) sollte man also nicht mit H2O löschen ;-)

Schon richtig, aber wann hast du deinen letzten Leichtmetallbrand gesehen? [...]

 

mfg, D-AGNT

 

Ist noch nicht so lange her D-AGNT! Denk an den AF-Unfall in YYZ! Da konnte man sehr gut sehen wie schwer es ist ein Leichtmetallbrand zu löschen. Eigentlich müsste man im Bereich eines Flugzeugbrabdes sagen nahezu unmöglich, da Du den "Vogel" mit Sand zuschaufeln müsstest.

 

 

 

[...]

PS Beim Nachdenken über den Paninternational Unfall - da war damals glaube ich sogar Kerosin anstatt destillierten Wasser in dem Zusatztank...

 

Richtig Skytruck. Da wurden Kanister verwechselt was zum beidseitigem Triebwerksausfall und damit zur Notlandung auf der Autobahn bei Hamburg führte. Eine Meisterleistung der Piloten und - wenn diese Brücke bzw. Hochspannungsleitungen nicht gewesen wären, hätten sicherlich so gut wie alle Paxe überlebt.

 

Ansonsten hat Loran eigentlich die Funktion der Wassereinspritzung sehr gut erklärt. Jeder der mal einen Dampftopf "bedient" hat kann sich die Wirkung von Wasser beim Eindüsen recht anschaulich vorstellen.

 

Noch ein Wort zur NOx-Minimierung. Das Prinzip der "Flammenkühlung" wird seit geraumer Zeit auch in der Heizungstechnik zur NOx-Minimierung eingesetzt. Dort allerdings ohne Wasser. Man lässt die Flamme auf Stäbe treffen, die damit Wärme ableiten und somit die Flamme "kühlen".

[D-AGNT]

Meine Werte bezogen sich auf deine Aussage

Sauerstoff erhaelt man nur bei der Elektrolyse.

Wenn du dich auf die Verbrennungstemperaturen im Motor beziehst, dann schreib es bitte auch dazu. Dieser Satz ohne Zusammenhang geschrieben ist einfach falsch.

Da sich meine Aussage auf die von HB-URS bezog, und wir a.) bei airliners und b.) beim Thema "Waterburner" sind, habe ich mir einfach mal die Frechheit einer kleinen Unschaerfe erlaubt.

BTW, deine kleine Tabelle ist mindestens genauso Falsch, denn erwaehnst mit keinem Wort, fuer welches Verfahren die Temperaturen gelten. (Partielle Redox, Kvaerner, Hochdruck, Autotherm, usw, usw)

Mein Tipp: Erst fruehstuecken, dann posten. (und Smilies beachten)

 

 

[...]

Schon richtig, aber wann hast du deinen letzten Leichtmetallbrand gesehen?

Ist noch nicht so lange her D-AGNT! (....Air-France-Crash...)

Nene, Leichtmetallbrand ist, wenn das Metall von alleine brennt. Bei der Bruchlandung brannte zwar das Flugzeug aus, aber das waren die Treibstoffreste und die Kunststoffe. Die Oberseite der Rumpfschale gab dann bei der Hitze nach.

Aluminium in eher flaechiger Form wie am Flieger kann zwar an einer Ecke entzuendet werden, aber der Brand erlischt sehr schnell, weil Aluminium ein guter Waermeleiter ist, so dass die zum Brand notwendige Temperatur schnell unterschritten wird und das Feuer erlischt.

Bei Spaenen sieht das anders aus, dort verbrennt der Span, bevor die Temperatur abgegeben werden kann.

 

mfg, D-AGNT

[BobbyFan]

Nicht schlecht gekontert, aber auch wenn wir uns bei a.de befinden sollten wir doch nichts grundsätzliches falsch darstellen.

Was mich an dem Satz störte, war das Wort nur. Das dieses nur bei Elektrolyse geht ist IMHO nicht nur eine kleine Unschärfe ;-)

Auch wenn ich bei dem ganzen chemischen Kram nicht so bewandert bin, ist es aber korrekt, das Wasser sich bei hohen Temperaturen aufspaltet.

Aber lass uns mit der Haarspalterei aufhören ich will nämlich jetzt Frühstücken. (Sch**ß Nachtdienst)