DE1062985B - Brennkammer fuer Turbostrahltriebwerke - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Turbostrahltriebwerke und insbesondere auf die Halterung einer Brennkammer in einem Turbostrahltriebwerk.

Es sind bereits Brennkammern für Turbostrahltriebwerke mit einem sich axial erstreckenden äußeren Flammrohr bekannt, das an seinem vorderen Ende mit einem sich ebenfalls axial erstreckenden, innerhalb und koaxial zum äußeren Flammrohr angeordneten Mittelflammrohr versehen ist. Eine dieser bekannten Brennkammern unterscheidet sich durch die Anordnung eines ersten Halteelements, das an dem Flammrohr in einer durch dessen Mittellinie gelegten Ebene befestigt ist, und eines zweiten Halteelements, welches das erste Halteelement gelenkig trägt und am Triebwerk beweglich befestigt ist, wobei jedoch diese bekannte Art der Gelenkverbindung der Halteelemente dem Flammrohr eine Bewegung in im wesentlichen axialer Richtung erlauben. Bei einer weiteren bekannten Brennkammer der erwähnten Art ist das hintere Ende des Flammrohres mit der Turbine des Triebwerks mit axialem Gleitsitz verbunden, während eine außermittige Halterung des Flammrohres an seinem stromaufwärtigen Ende über einen außermittig im Gehäuse befestigten Stellbolzen und eine zugehörige, am Flammrohrumfang befestigte Aufnahmetülle vorgesehen ist, wodurch das Flammrohr an diesem Ende in axialer und Umfangsrichtung gehalten wird.

Die Erfindung unterscheidet sich von diesen bekannten Anordnungen durch ein erstes Halteelement, das an dem Mittelflammrohr in einer durch dessen Mittellinie gelegten Ebene befestigt ist, und ein zweites Halteelement, welches das erste Halteelement gelenkig trägt und am Triebwerk starr befestigt ist, wobei die gelenkige Verbindung zwischen erstem und zweitem Halteelement so getroffen ist, daß das vordere Ende des Mittelflammrohres gegen axiale Bewegung unverrückbar gehalten wird, während das hintere Ende des äußeren Flammrohres mit der Turbine des Triebwerks mit einem axialen Gleitsitz verbunden ist, so daß das Flammrohr in radialer und in Umfangsrichtung gehalten wird, ihr hinteres Ende jedoch eine axiale Bewegung ausführen kann.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden folgende Vorteile erzielt. Es wird die Übertragung anderer als axialer Belastungen zwischen der Brennkammer und den zugeordneten Triebwerksteilen verhindert. Ferner wird die kritische relative Anordnung zwischen den Brennstoffeinspritzdüsen und dem vorderen Ende der Brennkammer aufrechterhalten, das so ausgebildet und geformt ist, daß es in Zusammenwirkung mit der Brennstoffeinspritzung eine optimale Zündung und Verbrennung ergibt. Außerdem wird ein

Brennkammer für Turbostrahltriebwerke

Anmelder:

United Aircraft Corporation, East Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27, Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1955

Charles Donald Robin, Glastonbury, Conn., und Philip Goodwin Dooley, Bolton, Conn. (V. St. A.}, sind als Erfinder genannt worden

aerodynamischer Ausgleich für die Brennkammer erzielt, dadurch, daß am vorderen Ende der Brennkammer eine mittige Halterung verwendet wird, deren Achse zum Brennkammerhohlraum des Triebwerks parallel ist.

Die Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Turbostrahltriebwerks,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Brennkammer mit einer Halterung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 einen schaubildliche Darstellung der Halte- - rung gemäß der Erfindung, aus der sich ihre Befesti-gung an der Brennkammer, und am Triebwerk ergibt, Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2,

Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4. ■ ".

Das in Fig. 1 dargestellte Turbostrahltriebwerk für Flugzeuge weist einen Luftemtrittsabschnitt 12, einen Verdichterabschnitt 14, einen Brennkammerhohlraum 16, eine Turbine 18 und eine Austrittsdüse 20 auf. Innerhalb des Brennkammerhohlraums 16 ist zwischen dem Verdichter 14 und der Turbine 18 eine Vielzahl von Brennkammern 22 angeordnet. Die Brennkammern 22 werden durch eine Brennstoffsämmeileitung 24 und Brennstoffdüsen 26 mit Brennstoff beliefert. Jede Brennkammer 22 ist als sogenannte Rohrbrenn-

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kammer ausgebildet und besteht aus einer Blechkonstruktion, deren axiale Abmessung größer ist als ihre radiale Abmessung.

Die Luft tritt in das Triebwerk durch den Eintrittsabschnitt 12 ein, wird bei ihrem Durchgang durch den Verdichter 14 verdichtet, bei ihrem Durchgang durch den Brennkammerhohlraum 16 und durch die Brennkammern 22 unter Leistungserzeugung erhitzt, tritt dann durch die Turbine 18 unter Leistungsabgabe hindurch und schließlich durch die Austrittsdüse 20 in einem Austrittsstrahl aus.

Jede Brennkammer 22 muß axial, in Umfangsrichtung und radial im Brennkammerhohlraum 16 gehalten werden, und zwar in der Weise, daß die aerodynamische Belastung, die auf sie beim Durchgang der Luft aus dem Verdichterabschnitt 14 wirksam wird, keine übermäßige Beanspruchung durch Biegebelastungen ihrer Blechkonstruktion verursacht. Ferner ist es wünschenswert, daß die Brennkammer mittig gehalten wird, so daß eine gleiche aerodynamische Belastung auf die Stirnwand und die Seiten der Brennkammer auf jeder Seite der Halterung ausgeübt wird. Durch die Erfindung wird eine mittige aerodynamisch ausgeglichene Brennkammerhalterung geschaffen, wodurch die Biegebeanspruchung der zylindrischen Blechwände der Brennkammer 22 verringert wird. Ein Reaktionsmoment auf den konvergierenden Abschnitt 32 ist ebenfalls ausgeschaltet.

Wie in Fig. 2 gezeigt, nimmt die unter hohem Druck stehende Luft, welche durch den Verdichter 14 hindurchtritt, ihren Weg über die feststehenden Austrittsleiträder 28 des Verdichters und durch den Übergangsabschnitt 30 und von diesem in den Brennkammerhohlraum 16 sowie durch jede Brennkammer 22, von welcher aus sie durch den konvergierenden Abschnitt 32 in den Turbinenabschnitt 18 gelangt, in welchem sie ihren Weg durch die Turbineneintrittsleitschaufeln 34 und den Turbinenläufer 36 der ersten Stufe nimmt. Die von der Brennkammer 22 dargebotene Stirnfläche 38 muß natürlich der aerodynamischen Belastung Widerstand leisten, die durch den Unterschied zwischen dem Druck vor der Stirnfläche und dem Druck innerhalb der Brennkammer verursacht wird. Bisher wurden die Brennkammern durch die Verbindung einer einzigen Lasche oder eines einzigen Bolzens am vorderen Außenumfang der Brennkammer mit dem Außengehäuse gehalten oder axial befestigt. Wenn die Brennkammer 22 nur an einem Punkt, wie beschrieben, gehalten wird, wird durch die aerodynamische Belastung auf die Außenwand 40 der Brennkammer eine Biegebeanspruchung und auf den konvergierenden Abschnitt 32 ein Reaktionsmoment ausgeübt, so daß die Gefahr besteht, daß die Teile, besonders, wenn sie heiß werden, knicken oder sich verwinden. Wenn die Brennkammer 22 mittig gehalten wird, wird die gegen ihre Stirnfläche ausgeübte Luftkraft auf jeder Seite der mittig angeordneten Halterung gleich und das vorerwähnte Drehmoment bzw. die vorerwähnte Biegekraft ausgeschaltet. Bei mittiger Lagerung kann daher die aus Blech bestehende Brennkammer mit höheren Temperaturen ohne Verwindung betrieben werden.

Die Brennkammer wird durch eine perforierte und gewellte Außenwand 40 aus Blech und ein perforiertes gewelltes Mittelrohr 42, ebenfalls aus Blech, gebildet. Die Perforierungen bestehen aus einer Vielzahl von im wesentlichen im gleichen Abstand voneinander befindlichen Löchern in den Wandabschnitten 41 und 43 der Brennkammerwandungen 40 und 42. Die verdichtete Luft tritt aus dem Brennkammerhohlraum 16 in die Brennkammer 22 durch diese Löcher ein. Das abströmseiti'ge Ende der Brennkammer, d. h. der Ring 44, liegt am Ring 46 des konvergierenden Abschnitts 32 mit Gleitsitz an. Durch den Gleitsitz wird der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Brennkammer gegenüber dem übrigen Triebwerk Rechnung getragen. Der Ring 44 besteht aus zwei sich je über 180° erstreckenden Ringsegmenten, welche miteinander nach Art eines Klemmrings, wie in Fig. 2 angedeutet, verschraubt sind. Die beiden Segmente des Klemmrings 44 sind durch Bolzen oder andere Befestigungsmittel 45 miteinander verbunden.

Das vordere Ende der Brennkammer 22 ist mit einer Brennstoffdüsenhalterung 48 versehen, welche durch eine Vielzahl von Brennstoffdüsen 26 gebildet wird, die miteinander durch Brennstoffleitungen in Verbindung stehen. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Brennstoff der Brennstoffdüsenhalterung 48 zugeführt und von dieser den Brennstoff düsen 26 über eine Brennstoffsammelleitung 24. Das vordere Ende der Brennkammer 22 hat Gleitsitz mit den Flanschen 50 der Brennstoffdüsen 26. Infolge dieses Gleitsitzes am vorderen Ende der Brennkammer und des Gleitsitzes am hinteren Ende derselben würde, wenn die Brennkammer nicht axial gehalten werden würde, die aerodynamische Belastung der Stirnfläche 38 der Brennkammer durch die vom Verdichter kommende Luft zur Folge haben, daß sich die Brennkammer 22 in axialer Richtung abströmseitig bewegt. Durch den Eingriff der Ringe 44 und 46 am hinteren Ende der Brennkammer 22 und durch das Zusammenwirken des vorderen Endes der Brennkammer mit den Flanschen 50 wird die Brennkammer 22 zum Triebwerk 10 sowohl radial als auch in Umfangsrichtung festgestellt und gehalten.

Wie Fig. 2, 3 und 4 zeigen, sind paddeiförmige Halteelemente 52 vorgesehen, die aus einem flachen Stück Metall hergestellt werden können und aus einem Griffteil 54 sowie einem Paddelteil 56 bestehen.

Die Kanten des Paddelteils 56 liegen an einander diametral gegenüberliegenden Flächen des Mittelrohrs 42 an oder sind an diesem befestigt. Diese Befestigung kann durch beliebige geeignete Mittel, beispielsweise durch Schweißen, geschehen. Der Griffteil 54 dieses ersten Halteelements 52 weist an seinem Ende eine mittige Bohrung 58 auf.

Ein zweites Halteelement 60 ist zum Triebwerk 10 radial angeordnet und kann ein Metallstück entweder von flachem oder strömungsgünstigem Querschnitt sein. Das zweite Halteelement 60 besteht aus einem Stegteil 62 mit ausgefluchteten Bohrungen 64 und 65 in Flanschen 67 und 69 an seiner Abströmseite. Die Bohrungen 64 und 65 sind in ihrem Abstand voneinander so bemessen, daß die Bohrung 58 im Griffteil 54 des ersten Halteelements 52 zwischen sie eintreten kann. Das zweite Halteelement ist ferner mit Plattformen 66 und 68 ausgebildet, welche an jedem Ende des Stegteils 62 vorgesehen sind und mit diesem einen Winkel von etwa 90° einschließen. Diese Plattformen 66 und 68 dienen dazu, das zweite Halteelement 60 an der Brennstoffdüsenhalterung 48 zu befestigen, was durch beliebige geeignete Mittel, beispielsweise durch Bolzen 70, geschehen kann. Die Brennstoffdüsenhalterung 48 ist ihrerseits an einem Bauelement des Triebwerks 10 durch Bolzen oder andere Befestigungsmittel 72 befestigt. Wenn sich die abströmseitigen Bohrungen 64 und 65 des zweiten Halteelements 60 in Ausbuchtung mit der Bohrung 58 des ersten Halteelements 52 befinden, kann ein Zapfen 74 durch eine Bohrung 76 in der äußeren Plattform 68 und von dieser durch

die in Ausfluchtung miteinander befindlichen Bohrungen im ersten und im zweiten Halteelement geführt werden. Die Zapfen 74 ragen, wie bei 78 gezeigt, nur um ein kurzes Stück über die in Ausfluchtung miteinander befindlichen Bohrungen hinaus, wenn sich ihre Schultern 79 in Anlage an dem Halteelement 60 befinden. Das Außengehäuse 80 des Triebwerks 10 weist einen abgestuften Abschnitt 82 auf, der den Zapfen 74 aufnimmt und verhindert, daß dieser in radialer Richtung außer Eingriff mit den in Ausfluchtung befindliefen Bohrungen 64, 58 und 65 kommt. Der Zapfen 74 ist daher in seiner radialen Lage gesichert. Wegen des losen Sitzes zwischen der Bohrung 58 und dem Zapfen 74 ist zwischen dem ersten Halteelement 52 und dem zweiten Halteelement 60 eine Gelenkwirkung möglich. Diese Gelenkwirkung läßt eine Bewegung der Brennkammer 22 ohne Beanspruchung der beiden Halteelemente 52 und 60 zu.

Wie erwähnt, ist die Brennkammer 22 sowohl radial in Umfangsrichtung als auch axial fest, weist jedoch eine gewisse Nachgiebigkeit in ihrer gelenkigen Halterung auf.

Die erfindungsgemäße Halterung der Brennkammer erleichtert und vereinfacht das Ausbauen der Brennkammer aus dem Triebwerk. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, werden für das Auseinandernehmen die Bolzen 100 und 102 am Außengehäuse 80 entfernt und dieses teleskopartig nach rückwärts oder, gesehen in der Zeichnung, nach rechts bewegt, bis die gesamte Außenfläche der Brennkammer 22 zugänglich ist. Hierauf werden die Bolzen des Klemmrings 44 entfernt, so daß die sich über 180° erstreckenden Segmente des Rings 44 weggenommen werden können. Nachdem dies geschehen ist, besteht ein beträchtliches axiales Spiel zwischen der Brennkammer 22 und dem Ring 46 des konvergierenden Abschnitts 32. Ferner kann, nachdem das Gehäuse 80 nach rückwärts bewegt worden ist, der Zapfen 74 außer Eingriff mit den zwei Brennkammerhalteelementen 52 und 60 gebracht werden. Die Brennkammer 22 ist nun axial frei beweglich, wird jedoch radial gehalten, da sie sich noch in Anlage an den Flanschen 50 der Brennstoff düsen 26 befindet. Durch eine geringfügige Bewegung der Brennkammer 22 in der Abströmrichtung wird die Anlage des vorderen Endes der Brennkammer und der BrennstofMüsen 26 aneinander aufgehoben, so daß es dann möglich ist, die Brennkammer 22 radial aus dem Triebwerk 10 herauszunehmen. Diese Möglichkeit der Entnahme der Brennkammer ist sehr vorteilhaft, da sie einen Bauteil darstellt, der verhältnismäßig häufig in einem Triebwerk infolge seiner Konstruktion aus Blech und seiner hohen Betriebstemperatur ausgewechselt werden muß.

ebenfalls axial erstreckenden, innerhalb und koaxial zum äußeren Flammrohr angeordneten Mittelflammrohr versehen ist, gekennzeichnet durch ein erstes Halteelement (52), das an dem Mititelflammrohr in einer durch dessen Mittellinie gelegten Ebene befestigt ist, und ein zweites Halteelement (62), welches das erste Halteelement gelenkig trägt und am Triebwerk starr befestigt ist, wobei die gelenkige Verbindung zwischen erstem und zweitem Halteelement so getroffen ist, daß das vordere Ende des Mittelflammrohres gegen axiale Bewegung unverrückbar gehalten wird, während das hintere Ende des äußeren Flammrohres mit der Turbine des Triebwerks mit einem axialen Gleitsitz (44 bis 46) verbunden ist, so daß das Flammrohr in radialer und in Umfangsrichtung gehalten wird, sein hinteres Ende jedoch eine axiale Bewegung ausführen kann.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Halteelement am ersten Halteelement mit Hilfe einer radial gerichteten Achse angelenkt ist.

3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Leitungsmittel (48), die dazu dienen, die Brennkammer mit Brennstoff zu beliefern und die Flammrohre in ihrer radialen Lage zu halten, und am zweiten Halteelement befestigt sind.

4. Brennkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halteelement einen Griffteil (54) sowie einen Paddelteil (56) aufweist, wobei am Ende des Griffteils eine mittige Bohrung (58) vorgesehen ist, während der Paddelteil an einander diametral gegenüberliegenden Flächen des Mittelflammrohres befestigt ist, das zweite Halteelement mit einem Steg (62) ausgebildet ist, der sich radial zum Triebwerk erstreckt, sowie mit zwei Tragplattformen (66 und 68) an jedem Ende und mindestens einer Bohrung (64 oder 65) in seinem abströmseitigen Teil, die mit der Bohrung im ersten Halteelement für das Einsetzen eines Zapfens (74) in Ausfluchtung zu bringen ist, wobei die Tragplattformen an den erwähnten Leitungsmitteln befestigt und diese am Triebwerk angebracht sind.

5. Brennkammer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Leitungsmittel eine Brennstoffdüse (26) mit einem Flansch (50) aufweisen, der eine zylindrische Fläche trägt, welche in an sich, bekannter Weise mit dem vorderen Ende des Flammrohres axialen Gleitsitz hat, um das vordere Ende des Flammrohres radial und in Umfangsrichtung zu halten.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Brennkammer für Turbostrahltriebwerk mit einem sich axial erstreckenden äußeren Flammrohr, das an seinem vorderen Ende mit einem sich In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschriften Nr. 309 297,
091, 261728;

britische Patentschrift Nr. 670 092;
USA.-Patentschrift Nr. 2 676 460.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©909 580/119 7.59