DE1078816B - Brennstoffzufuhrvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen für die Brennstoffzufuhr z/n der Brennkammer von Verbrennungsmaschinen mit kontinuierlichem Fluß, insbesondere Turbostrahltriebwerken und Turbinenantrieben.

Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Brennstofrzufuhrvqrrichtungen derjenigen Art, die mit in der Brennkammer angeordneten Hauptbrennstoffinjektoren und mit in dem vom Luftverdichter kommenden Luftstrom stromaufwärts von den Hauptbrennstoffinjektoren angeordneten zusätzlichen Brennstoffinjektoren versehen sind, welche in diesem Luftstrom Brennstoff ohne Verbrennung zerstäuben.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art sind die zusätzlichen Brennstoffmjektoren unmittelbar hinter dem Luftverdichter angeordnet und dienen dazu, ein Luft-Brennstoff-Gemisch zu erzeugen, das gegen einen Flammenstabilisierungsschirm strömt, welcher sich mit einem dachprismaartigen Querschnitt, dessen Spitze gegen die Strömungsrichtung weist, quer durch die Brennkammer bis in die Mähe des Flammenrohres erstreckt und hinter welchem die HauptbrennstoffinjektQ-ren und eine Zündvorrichtung angeordnet sind. Bei dieser bekannten Vorrichtung kann die nachteilige Wirkung auftreten, daß die mit dem zusätzlichen Brennstoff vermischte Luft hauptsächlich an der Flammrohrwandung der Brennkammer entlangströmt, so daß nur ein geringer Teil des zusätzlichen Brennstoffes in die hinter dem Schirm liegende Verbrennungszone gelangt, d. h., der größte Teil des zusätzlichen Brennstoffes folgt der Flammrohrwandung der Brennkammer bis an deren Ende, ohne überhaupt verbrannt zu wenden.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer BrennstofEzufuhrvorrichtung der eingangs genannten Art, welche den Ablauf der Verbrennung in der Brennkammer, insbesondere bai Strahltriebwerken in großer Höhe, d. h. in verdünnter Atmosphäre, wesentlich zu verbessern gestattet.

Gemäß der Erfindung sind am Eingang der Brennkammer durch die Hauptbrennstoffinjektoren gespeiste, in Anordnung und Ausbildung an sich bekannte Brenner vorgesehen, bei welchen der Ringraum zwischen dem Zentralkörper und dem kegelstumpfförmigen Umfangskörper äurch strahlenförmig angeordnete rinnenartige Arme in Kanäle für die Primärluftzufuhr unterteilt ist und deren jedem wenigstens ein zusätzlicher Brennstoff injektor zugeordnet ist, der in unmittelbarer Nähe des Lufteinlasses des Brenners angeordnet ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet unter anderem die Erzielung folgender Vorteile:
a) Der von jedem zusätzlichen Injektor zerstäubte

Brennstoff gelangt in unverbranritem Zustand mit Brennstoffzufuhrvorriehtung

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude

et de Construction de Moteurs d'Aviation, Paris

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 15,

und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1, Ballindamm 26, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom. 23. Januar 195g

Franck Guillaume Michel Ferrie,
Couturier ä Cachan, Seine (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

der Primärluft restlos in den Bereich des von dem Hauptinjektor gespeisten Brenners am Eingang.· der Brennkammer.

b) Es wird eine gute Homogenisierung der Gase in der Brennkammer und infolgedessen eine gute Verteilung der Temperaturen am Ausgang der Brennkammer erhalten.

e) Die Zündung wird wesentlich erleichtert,
d) Der Wirkungsgrad wird grhöht, und die Grenz© des Erlöschens der Verbrennung in großer Flughöhe ward in günstiger Weise verschoben.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 igt ein Schnitt durch eine Ausführungsform einer Brennstoffzufuhrvorriehtung gemäß der Erfhl·· dung;

Fig. 2 ist eine Stirnansieht der Vorrichtung gemäß Fig. 1, von links gesehen;

Fig·. 3 veranschaulicht eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie IV-FV der « Fig. 3;

Fig. 5 zeigt im Schnitt eine weitere Ausfürirungsfarm der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 6 und 7 veranschaulichen eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig· S.

In den Fig. 1 und 2 ist als Beispiel eine ringförmige; Brennkammer dargestellt, deren Wände mit %a und. 1 h bezeichnet sind. Innerhalb dieser Kammer ist ein. ebenfalls ringförmiges Flammrohr 2 angeordnet, welches am Vorderende mit einer gewissen Anzahl

909· 768/120

.von Öffnungen 3 versehen ist, an welche Brenner 4 eingesetzt sind. Diese Brenner werden z. B. von einem zentralen Hohlkörper 5, welcher durch zwei einander entgegengesetzte Kegelstümpfe begrenzt wird, und einen Umfangskörper 6 von allgemein kegelstumpfförmiger Gestalt gebildet, der mit dem zentralen Körper 5 durch strahlenförmig angeordnete rinnenartige Arme 7 verbunden ist. Diese Arme unterteilen den Ringraum zwischen den Körpern 5 und 6 in ebenso viele Kanäle, durch welche die primäre Verbrennung«- luft eintritt. Ein Flansch 4 a dient zur Befestigung des Brenners an dem Flammrohr.

In der Achse des Brenners 4 ist innerhalb des Teils 5 ein Hauptinjektor 8 angeordnet, welcher durch eine Öffnung 8 α den Brennstoff in der Strömungsrichtung der aus dem Verdichter kommenden Luft in die Kammer spritzt, d. h. gemäß Fig. 1 in der Richtung von links nach rechts. Vor dem Flammrohr 2 ist wenigstens ein Zusatzinjektor 9 angeordnet, welcher Brennstoff in der Strömungsrichtung der Luft ausspritzt. Es kann ein einziger Zusatzinjektor für jeden Brenner vorgesehen und dann in der Achse eines jeden Hauptinjektors 8 angeordnet sein. Man kann auch mehr als einen Zusatzinjektor für jeden Brenner vorsehen, z. B. zwei, wie in Fig. 2 dargestellt, wobei diese Zusatzinjektoren 9 a und 9 b dann beiderseits der Achse des Hauptinjektors 8 angeordnet sind.

Der Brennstoffstrahl eines jeden Zusatzinjektors kann so begrenzt werden, daß er durch den Zwischenraum zwischen den Teilen 5 und 6 des zugeordneten Brenners hindurchgeht; 'die Strahlen können jedoch auch auf zwei benachbarte Brenner übergreifen. Der gegenseitige Abstand der Zusatzinjektoren sowie ihr mehr oder weniger großer Abstand von dem Flammrohr werden entsprechend der Ausbildung der Brennkammer bestimmt. Die Zusatzinjektoren können so verteilt sein, daß ihre Strahlenkegel einander übergreifen, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist, um mit Sicherheit ein Vormischen der gesamten in die Brennkammer eintretenden Luft mit Brennstoff zu erhalten.

Infolge ihres Abstandes von der Flamme können die Zusatzinjektoren Spritzöffnungen haben, deren Querschnitte erheblich kleiner als die der Hauptinjektoren sind, weil für sie, da sie keinen hohen Temperaturen ausgesetzt sind, nicht die Gefahr einer Verstopfung besteht. Sie ermöglichen daher eine bessere Zerstäubung des eingespritzten Brennstoffs, welche größenordnungsmäßig etwa 98% beträgt. Die dadurch erzielte Vergrößerung der Austauschfläche erleichtert die Verdampfung in der aus dem Verdichter kommenden verhältnismäßig warmen Luft erheblich. Infolgedessen läßt eine gewöhnliche Brennkammer, die mit einer derartigen Vorrichtung ausgerüstet ist, ein Arbeiten in größerer Höhe zu, und sie kann einen Wirkungsgrad erreichen, welcher etwa gleich dem einer Brennkammer mit Verdampfung ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden die Zusatzinjektoren 9a und 9 δ durch Einzelleitungen 10 gespeist, während gemäß Fig. 3 die Zusatzinjektoren von einem gemeinsamen, in der Strömungsrichtung vor den Brennern angeordneten kreisförmigen Rohr 11 getragen werden, welches seinerseits mit der Brennstoffquelle durch eine oder mehrere Leitungen 12 verbunden ist. Die Hauptinjektoren 8 werden einzeln durch Leitungen 13 gespeist.

Bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen spritzen die Zusatzinjektoren 9 bzw. 9 a, 9 b den Brennstoff in der Strömungsrichtung der von dem Verdichter kommenden Luft aus. Bei anderen Aueführungsformen der Erfindung erfolgt jedoch die Brennstoffabgabe der Zusatainjektoren im Gegenstrom, was zweckmäßig sein kann, um das zwischen dem Ausgang des Luftverdichters und dem Eingang der Brennkammer verfügbare Volumen weitestgehend zur Vermischung der Luft mit Brennstoff auszunutzen.

Man kann so einen Hauptinjektor und einen oder mehrere Zusatzinjektoren zu einer Einheit kombinieren.

In den Fig. 5, 6 und 7 sind derartige Injektoren, welche mehrere Strahlen liefern, wiedergegeben.

Der in Fig. 5 dargestellte Injektor ist am Kopf des Flammrohres in der Achse eines Brenners angeordnet wie der Injektor 8 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Durch seine Öffnung 8 a spritzt er Brennstoff unmittelbar in das Innere des Flammrohres, während er durch seine Öffnungen 8& und 8 c stromaufwärts gehende Strahlen in Richtungen liefert, welche mit der Achse des Brenners einen gewissen Winkel bilden, der zwischen 0 und 120° oder mehr liegen kann. Die Öffnungen 8 b und 8 c sind in einer Ebene angeordnet, welche senkrecht zu der durch die Brennerachse gehenden Symmetrieebene der ringförmigen Brennkammer liegt und welche hier die Zeichenebene ist. Der Injektor wird durch eine einzige Leitung 14 gespeist, die in einen inneren Raum 15 mündet, von welchem die Öffnungen 8a, Sb₁ 8c ausgehen. Wenn der Hauptinjektor zwei Strahlen liefert, können die Zusatzinjektoröffnungen z. B. an die Hauptspeiseleitung angeschlossen werden.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Einspritzvorrichtung weist zwai getrennte innere Räume 15 a und 15 & auf, von welchen die Hauptinjektoröffnung 8 α bzw. die Zusatzinjektoröffnungen 8 b und 8c ausgehen. Die Räume 15 α und 15 b werden durch voneinander unabhängige Leitungen 14 a bzw. 14 & gespeist, was die indiviiduelie Regelung der aus der Hauptinjektoröffnung und den Zusatzinjektoröffnungen ausgespritzten Brennstoffmengen gestattet. Es ist ersichtlich, daß die vom Verdichter kommende Luft die aus den Zusatzinjektoröffnungen Sb₃ Sc austretenden Strahlen umbiegt und so den Brennstoff durch die ringförmige öffnung des Brenners hindurch in das Flammrohr mitnimmt. Es kann leicht vermieden werden, daß eine geringe Brennstoffmenge in die Sekundärluft gelangt, indem man den Winkel der Strahlen oder den Abstand der Injektoren zweckentsprechend einstellt.

Es können mehr als zwei Zusatzinjektoröffnungen in dem Körper der Einspritzvorrichtung vorgesehen werden. Ferner kann, wenn nur zwei öffnungen vorhanden sind, welche in der durch die Achse der Einspritzvorrichtung gehenden Ebene liegen, dieser Ebene mit Bezug auf die Diametralebene der Brennkammer eine Schräglage gegeben werden, welche für die Kreuzung der Zusatzstrahlen mit den aus dem Nachbarinjektor austretenden Zusatzstrahlen am günstigsten ist. So kann durch eine geeignete Wahl einerseits des Austrittswinkels der Zusatzstrahlen mit Bezug auf die Hauptströmung und andererseits der Lage der Ebenen der Zusatzeinspritzungen eine Strahlenkreuzung erreicht werden, die für eine homogene Vormischung der Luft mit Brennstoff besonders günstig ist.

Die Erfindung kann auch auf rohrförmige Brennkammern angewandt werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer von Verbrennungsmaschinen mit kontinuierlichem Fluß, insbesondere Turbostrahl-

triebwerken und Turbinenantrieben, mit in der Brennkammer angeordneten Hauptbrennstoffinjektoren und mit in dem vom Luftverdichter kommenden Luftstrom stromauf von den Hauptbrennstoffinjektoren angeordneten zusätzlichen Brennstoff-Injektoren, welche in diesem Luftstrom Brennstoff ohne Verbrennung zerstäuben, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Brennkammer (2) durch die Hauptbrennstoffinjektoren (8) gespeiste, in Anordnung und Ausbildung an sich bekannte Brenner (4) vorgesehen sind, bei welchen der Ringraum zwischen dem Zentralkörper (5) und dem kegelstumpfförmigen Umfangskörper (6) durch strahlenförmig angeordnete rinnenartige Arme (7) in Kanäle für die Primärluftzufuhr unterteilt ist und deren jedem wenigstens ein zusätzlicher Brennstoffinjektor (9) zugeordnet ist, der in unmittelbarer Nähe seines Lufteinlasses (5, 6) angeordnet äst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, (dadurch gekennzeichnet, daß jeder zusätzliche Brennstoffinjektor (9) Brennstoffstrahlen erzeugt, die in an sich bekannter Weise in oder entgegen der Strömungsriichtung der Luft unter einem bestimmten Winkel eintreten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 ader 2 mit mehreren auf einem Kreis angeordneten zusätzlichen Injektoren, die mehreren ebenfalls auf einem Kreis angeordneten Hauptinjektoren zugeordnet sind, (dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzinjektoren (9 a, 9 b) je von einer unabhängigen Leitung (10) getragen und gespeist werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren auf einem Kreis angeordneten zusätzlichen Injektoren, die mehreren ebenfalls auf einem Kreis angeordneten Hauptinjektoren zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzinjektoren (9 a, 9 b) von einer gemeinsamen kreisförmigen Speiseleitung (11) getragen und gespeist werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung an sich bekannter Hauptinjektoren (8; Fig. 5), die an ihrer Ausspritzöffnung (8 a) einen in der Strömungsrichtung verlaufenden Brennstoffstrahl erzeugen und mit mehreren zusätzlichen Ausspritzöffnungen (8b, 8 c) versehen sind, welche in Stromaufwärts- oder Stromabwärtsrichtung verlaufende Brennstoff-Strahlen in Richtungen ausspritzen, die mit der Hauptströmung einen gewissen Winkel bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptausspritzöffnung (8 a) und die zusätzlichen Ausspritzöffnungen (8b, 8c) in an sich bekannter Weise durch ein und dieselbe Leitung (14) gespeist werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptausspritzöfrnung (8 a) und die zusätzlichen Ausspritzöffnungen (8b, 8c) durch voneinander unabhängige Leitungen (14 b, 14 a) gespeist werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschriften Nr. 308 090,

307 864; französische Patentschriften Nr. 1 021 317,

986 583; USA.-Patentschriften Nr. 2 706 150, 2 704 440,

2 697 910.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909768/12&3.60