Einrichtung für die Verbrennung von Brennstoff in einem rasch strömenden Luftstrom. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung für die Verbrennung von Brenn stoff in einem rasch durch eine Leitung strö menden Luftstrom. Die Erfindung bezweckt die Beschaffung einer Einrichtung, welche eine wirksame Verbrennung gewährleistet, selbst wenn die Betriebsbedingungen sich in einem weiten Bereich ändern.
Bedeutung hat die Erfindung vor allem bei Einrichtungen für Strahltriebwerke mit oder ohne Gasturbinen oder für Gasturbinen für andere Antriebszwecke. Die Bezeichnung rasch strömend soll hier bedeuten, dass die mittlere Geschwindigkeit der die Verbren nung unterhaltenden Luft, in ihrer Haupt- strömungsriehtung durch eine Verbrennungs zone (berechnet als pro Zeiteinheit durchge- hendes des Strö mungsweges), bedeutend höher ist als die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit in dem betreffenden Brennstoff -Luftgemisch. Für Kohlenwasserstoffbrennstoffe, die in Luft ver brennen,
nimmt man die Geschwindigkeit der Flammenausbreitung bei atmosphärischer Temperatur zu etwa 30 em/see an; die Erfin dung eignet sieh speziell für Einrichtungen, bei denen je nach ihrer Konstruktion die Ge schwindigkeit des Luftstromes in seiner Haupt- strömungsriehtung durch eine Verbrennungs zone auf die angegebene Weise berechnet, z. B. nur 3 m oder bis zu 150 m oder mehr pro Sekunde, betragen kann. Ein befriedigender Betrieb einer Einrich tung der beschriebenen Art innerhalb eines weiten Bereiches der Strömungsgeschwindig keit und Dichte der Luft erfordert, dass die Flamme unter keiner der im Betrieb auf tretenden Bedingungen auslöscht.
Ausser der Notwendigkeit zur Vorkehrung von Mitteln zur Verhinderung des Ausblasens der Flamme durch den Luftstrom, bedingen diese Anfor derungen unter anderem auch eine sehr gute Mischung zwischen Brennluft und Brennstoff sowie eine gute Zerstäubung und Verteilung im Falle von flüssigen oder festen, pulveri sierten Brennstoffen.
Üblicherweise geht man so vor, dass man flüssigen Brennstoff in eine Zone spritzt, die durch eine Abschirmung vor der vollen Blaswirkung des Luftstromes geschützt ist, wobei der Brennstoff in dieser Zone entzündet wird, wodurch eine Zünd flamme entsteht, welcher der Hauptluftstrom weiter hinten zugeführt wird, und dass man spezielle Düsen oder Aufprallflächen in den Weg des Brennstoffstrahls einschaltet, um eine befriedigende Zerstäubung des Brenn stoffes zu erreichen.
Die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein in der genannten Leitung angeordnetes Gebilde zum Abzweigen eines Teils des Hauptluftstromes, wobei der stromaufwärtsliegende Endteil des Gebildes eine Diffusorleitung bildet, um den abgezweigten Teil des Hauptluftstromes mit zur Erreichung einer stabilen Verbrennung herabgesetzter Geschwindigkeit in eine Zone zu leiten, in welcher eine annähernd stabile Verbrennung trotz der flammenauslöschenden Geschwindigkeit des ausserhalb dieser Zone strömenden Luftstromes erfolgt, und ferner durch Brennstoffzufuhrmittel,
um Brennstoff in veränderbarer Menge dem durch die Diffit- sorleitung strömenden Luftstrom zuzuführen, lind zwar an einer Stelle stromaufwärts der genannten Zone, um eine Mischung dieses Brennstoffes mit der abgezweigten Luft vor dem Erreichen der genannten Zone zu ermög lichen und dadurch ein brennbares Gemisch für eine Zündflamme in der genannten Zone zu erzeugen. Das Gebilde kann ein beiderseits offenes, konisches Rohr sein, dessen engeres Ende stromaufwärts und dessen weiteres Ende stromabwärts liegt.
Das Gebilde kann aber auch aus mehreren getrennten, beiderseits of fenen, konischen Rohren bestehen, die hinter einander in einer Reihe angeordnet sind, wo bei das engere Ende jedes Rohres stromauf wärts und das weitere Ende stromabwärts liegt. Zur Begrenzung der Zone kann ein ko nisches Rohrstück vorgesehen sein, dessen wei teres Ende stromabwärts gerichtet ist und des sen engeres Ende an das stromabwärtslie- gende Ende der Diffusorleitung anschliesst. Das Ende der Diffusorleitung kann auch an ein nicht konisches Rohrstück anschliessen, das eine Begrenzung für die Zone bildet und an seinem Eintritt mit einem Drahtnetz versehen sein kann.
Nachstehend werden drei Ausführungsfor men der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeiehnung beispielsweise beschrieben. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Einrichtung mit einem Gebilde für die Bil dung einer Zündflamme.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Einrichtung mit einer andern Ausführungs form des Gebildes, und Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Gebildes. In Fig 1 ist eine Verbrennungskammer 1 mit einem Llüteinlass 2 von Kegelstumpfform versehen, um die Luft aufzufangen und ihre Geschwindigkeit herabzusetzen. Ein Gebilde 3, 5 ist in die Kammer eingebaut, um einen Teil der vorbeistreichenden Luft aufzuneh- inen,
wobei das den grösseren Durchmesser aufweisende Ende stromabwärts und vor der Hauptbrennzone la liegt. Der stromaufwärts liegende Endteil ist ein schwach konisches Rohr 3, in das ein Brennstoffzuführungsrohr 4 einmündet, durch das flüssiger, dampfför- miger oder gasförmiger Brennstoff in solchen Mengen zugeführt wird, dass er mit der Luft. im Rohr 3 ein praktisch konstantes, leicht brennbares Luft-Brennstoffgemisch bildet. An das Rohr 3 schliesst an seinem weiteren Ende ein stark konisches, offenes Endstück 5 an, das eine Zündkammer bildet und die Zone für die Zündflamme begrenzt.
In diesem Endstück 5 ändert sich der Querschnitt be deutend, so dass die Geschwindigkeit des Brennstoff-Luftgemisches auf einen Bruchteil. der Luftgeschwindigkeit in der Hauptbrenn- zone lca herabgesetzt wird. Wenn das Luft- Brennstoffgemisch in der Zündkammer durch irgendein geeignetes Mittel, z. B. eine Zünd kerze, entzündet wird, dringt die Flamme im konischen Endstück 5 so lange vor, bis die mittlere örtliche axiale Gasgeschwindigkeit gleich gross ist wie die Fortpflanzungs geschwindigkeit der Flamme; in diesem Mo ment ist die Flamme stabilisiert.
Wenn nun die Luftströmung durch den Haupteinlass 2 und durch irgendwelche Umstände verändert wird, ändert sich auch die Strömung im Ge bilde 3, 5, und die Flammenfront im ko nischen Endstück wird sich je nachdem vor- oder rückwärts bewegen, bis das Gleichgewicht zwischen der örtlichen Gasgeschwindigkeit und der Flammengeschwindigkeit wieder erreicht ist. Infolge der konischen Form des End stückes 5 muss sich die Flammenfront nicht sehr stark verschieben. Es wird deshalb bei allen Strömungsbedingungen eine stabile Zündflamme für die Hauptbrennstoffmischung unterhalten.
Der Hauptbrennstoff wird der Hauptbrennzone 1a über die Zlifübrleitung 6 durch den Ringverteiler 7 mit den Brennstoff düsen 8 zugeführt. Die Zündflamme ist auch unabhängig von der Zusammensetzung des Gemisches in der Hauptbrennrone la und wird deshalb von der Massenströmung der Luft und den Strömungsgeschwindigkeiten in der Hauptbrennzone nicht. merklich beein flusst.
In Fig 2 ist als Gebilde ein beidseitig of fenes, konisches Rohr 45 vorgesehen, dessen stromaufwärtsliegendes Ende die Diffusorlei- tung bildet und dessen Konizität im Gegensatz zur ersten Ausführung auf der ganzen Länge konstant ist. Die kleinere Offnung liegt strom aufwärts, um einen Teil der durchstreichen den Luft abzuzweigen und die Geschwindig keit herabzusetzen. Dem Rohr 45 wird durch die Leitung 4a Brennstoff in solcher ?Menge zugeführt, dass mit der Luft ein praktisch konstantes, leicht brennbares Gemisch ent steht.
Die Leitung 4a verläuft am weiteren Ende des Rohres 45 radial und biegt in dessen Mitte in axialer Richtung ab, worauf sie sich bis zu einem Punkt in der Nähe des engeren Rohrendes erstreckt. In Fig. 3 sind als Gebilde zwei offene, ko nische Rohre 3u und 3b in der Kammer 1 hintereinandergeschaltet; das enge Ende des Rohres 3b befindet sich beim weiten Ende des die Diffusorleitung bildenden Rohres 3a. Die Brennstoffzufuhr erfolgt durch die Leitung 4 in solcher Menge, dass sieh mit der abgezweig ten Luft im Rohr 3a, ein praktisch konstantes, leicht brennbares Gemisch ergibt.
Das Rohr 3b besitzt. ein offenes, rohrförmiges, nicht ko nisches Endstück 5ca, das die stabilisierte Flammenzone begrenzt. Am Übergang des Rohres 3b in das Endstück 5a ist ein Draht netz 5b eingebaut, um Störungen in der Strö mung auszugleichen.