DE1064758B

DE1064758B - Burner for rocket engines

Info

Publication number: DE1064758B
Application number: DEN13643A
Authority: DE
Inventors: Walter Shirley; Alan Leslie Roy Fletcher
Original assignee: D Napier and Son Ltd
Current assignee: Napier Turbochargers Ltd
Priority date: 1956-05-14
Filing date: 1957-05-13
Publication date: 1959-09-03
Also published as: FR1175097A; GB826861A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner iür Raketentriebwerke, bei dem zwei oder mehr strömungsfähige Brennstoffe in die Brennkammer eingeleitet werden, von denen mindestens einer gasförmig und mindestens einer flüssig ist.The invention relates to a burner for Rocket engines in which two or more fluid fuels are introduced into the combustion chamber of which at least one is gaseous and at least one is liquid.

Bei Brennern dieser Art ist es wesentlich, daß die Brennstoffe vor dem Einführen in die Brennkammer innig miteinander vermischt werden. Zu diesem Zweck hat man bei bekannten Brennern den flüssigen Brennstoff in den Kanal für den gasförmigen Brennstoff in dessen Querrichtung, und zwar in zwei gegeneinandergerichtete Strahlen eingeführt. Auf diese Weise wird jedoch im wesentlichen lediglich ein Durcheinanderwirbeln an der Einführungsstelle des flüssigen Brennstoffs, aber nur in geringem Grade eine Zerkleinerung der Flüssigkeitsteilchen erzielt, wie sie zur wirksamen Vermischung der Brennstoffe miteinander erforderlich ist.In burners of this type, it is essential that the fuels prior to introduction into the combustion chamber are intimately mixed with one another. For this purpose, known burners use liquid fuel into the channel for the gaseous fuel in its transverse direction, namely in two opposing directions Rays introduced. In this way, however, there is essentially only a mess at the point of introduction of the liquid fuel, but only to a small extent comminution of the liquid particles achieved as required for the effective mixing of the fuels with one another is.

Dieser Nachteil der bekannten Brenner wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß in dem Kanal für den gasförmigen Brennstoff eine den flüssigen ' Brennstoff auffangende Prallfläche vorgesehen ist. Mit Hilfe einer solchen Prallfiäche wird eine außerordentlich feine Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs herbeigeführt, so daß eine innige Vermischung der Brennstoffe miteinander eintritt. Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn die Wand des den gasförmigen Brennstoff zuführenden Kanals als Prallfläche dient.This disadvantage of the known burners is according to the invention avoided by having a liquid in the channel for the gaseous fuel 'Fuel-collecting baffle is provided. With the help of such a baffle one becomes extraordinary fine atomization of the liquid fuel brought about, so that an intimate mixing of the Fuels enters with each other. A particularly advantageous embodiment results when the wall of the the channel supplying the gaseous fuel serves as a baffle surface.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.; hierbei handelt es sich um ein Raketentriebwerk, das mit katalytisch zersetztem Wasserstoffsuperoxyd, das natürlich gasförmig ist, und flüssigem Paraffin als Brennstoff arbeitet.The invention is illustrated below with reference to schematic drawings of an exemplary embodiment explained in more detail .; this is a rocket engine that works with catalytically decomposed Hydrogen peroxide, which is naturally gaseous, and liquid paraffin works as a fuel.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Raketentriebwerk;Fig. 1 is a longitudinal section through a rocket engine according to the invention;

Fig. 2 zeigt in einem in größerem Maßstabe gezeichneten Schnitt den Brenner des Raketentriebwerks. Fig. 2 shows on a larger scale Cut the rocket engine burner.

Der Raketenmotor selbst ist von allgemein zylindrischer Form und umfaßt ein äußeres Gehäuse 1 und ein inneres Gehäuse 2. An einem Ende des Triebwerks ist eine mit einem Katalysator arbeitende Zersetzungskammer 3 ausgebildet, und stromab dieser Kammer ist ein Brenner 4 gemäß der Erfindung ausgebildet; am anderen Ende des Gehäuses befindet sich eine Brennkammer 5, die mit der üblichen, zu einer Austrittsdüse 6 führenden venturirohrähnlichen Einschnürung versehen ist. Das Wasserstoffsuperoxyd wird der Zersetzungskammer 3 über einen Düsenkühlkanal 7 zugeführt; die Zersetzungskammer umfaßt ein Katalysatorbett bekannter Art, durch das das Wasserstoffsuperoxyd hindurchgeleitet wird, das stromab desThe rocket motor itself is of generally cylindrical shape and comprises an outer casing 1 and an inner casing 2. A catalytic decomposition chamber 3 is formed at one end of the engine, and downstream of this chamber a burner 4 is formed according to the invention; there is one at the other end of the case Combustion chamber 5 with the usual venturi-like constriction leading to an outlet nozzle 6 is provided. The hydrogen peroxide is transferred to the decomposition chamber 3 via a nozzle cooling channel 7 supplied; the decomposition chamber comprises a catalyst bed of known type through which the hydrogen peroxide is passed through, the downstream of the

Anmelder:
D. Napier Sd Son Limited, LondonApplicant:
D. Napier Sd Son Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing G. PulsRepresentative: Dipl.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Bad luck man,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2Patent Attorneys, Munich 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 14. Mai 1956Claimed priority:
Great Britain 14 May 1956

Walter Shirley, Luton, Bedfordshire,
und Alan Leslie Roy Fletcher, Stopsley, Luton,Walter Shirley, Luton, Bedfordshire,
and Alan Leslie Roy Fletcher, Stopsley, Luton,

Bedfordshire (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt wordenBedfordshire (UK),
have been named as inventors

Katalysatorbettes in Form eines Gemisches aus Dampf und Sauerstoff von hoher Temperatur und hohem Druck austritt. Durch die Mitte des Katalysatorbetts verläuft eine Leitung 8 zum Zuführen von Paraffin zu dem Brenner 4, der an dem der Brennkammer zugewandten Ende der Leitung 8 befestigt ist, die Form einer leicht tellerartig eingedrückten Platte aufweist und sich im wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche des Innenraums des inneren Gehäuses 2 erstreckt, so daß er die Zersetzungskammer 3 von der Brennkammer 5 trennt.Catalyst bed in the form of a mixture of steam and oxygen of high temperature and high Pressure leaks. A line 8 for supplying paraffin runs through the middle of the catalyst bed the burner 4, which is attached to the end of the line 8 facing the combustion chamber, the shape has a slightly plate-like pressed plate and extends essentially over the entire cross-sectional area of the interior of the inner housing 2 extends so that it the decomposition chamber 3 of the Combustion chamber 5 separates.

Der Brenner 4 ist auf seiner der Brennkammer zugewandten Seite 9 (Fig. 2) mit einer ringförmigen Austrittsöffnung 10 versehen, die mit einem ringförmigen Kanal 11 zwischen zwei konischen Wänden 12 und 13 in Verbindung steht; der Scheitel des durch die genannten Wände gebildeten Kegels ist der Strömung entgegengerichtet. Der am weitesten innen liegende Teil dieses Kanals 11 ist mit der von der Brennkammer abgewandten Seite des Brenners durch eine Anzahl von in gegenseitigen Abständen vorgesehenen Kanälen 14 verbunden, durch welche das zersetzte Wasserstoffsuperoxyd dem Kanal zugeführt wird, wobei es unter dem Einfluß seines eigenen Drucks mit hoher Geschwindigkeit durch die ringförmige Austrittsöffnung 10 in die Brennkammer 5 einströmt. Die konischen Wände 12 und 13 des Kanals leiten den Strom von der ringförmigen Austrittsöffnung aus nach außen. Ferner sind mehrere Öffnungen 15 vorgesehen, die den Brenner umgeben, derThe burner 4 is on its side 9 facing the combustion chamber (Fig. 2) with an annular Outlet opening 10 provided with an annular channel 11 between two conical walls 12 and 13 are in communication; the apex of the cone formed by said walls is the flow opposite. The most inner part of this channel 11 is with that of the Combustion chamber facing away from the burner by a number of provided at mutual distances Channels 14 connected through which the decomposed hydrogen peroxide is fed to the channel is, taking it under the influence of its own pressure at high speed through the annular The outlet opening 10 flows into the combustion chamber 5. The conical walls 12 and 13 of the channel direct the flow from the annular outlet opening to the outside. There are also several openings 15 provided, which surround the burner, the

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durch in Umfangsabständen verteilte Stege 16 in einem Abstand von der ihm benachbarten Wand des inneren Gehäuses 2 gehalten wird; das zersetzte Wasserstoffsuperoxyd strömt von der von der Brennkammer abgewandten Seite des Brenners auch durch diese öffnungen 15 zu der Brennkammer 5. Die die Wand der Brennkammer in der Nähe der öffnungen 15 unmittelbar stromab des Brenners bildende Innenfläche des inneren Gehäuses 2 besitzt eine nach innen vorspringende Schulter 17, die den Strom des zersetzten Wasserstoffsuperoxyds von diesen äußeren Öffnungen 15 allgemein nach innen umlenkt, damit er mit dem die zentrale ringförmige Austrittsöffnung 10 verlassenden Strom zusammentrifft.by spaced webs 16 at a distance from the wall of the adjacent to it inner case 2 is held; the decomposed hydrogen peroxide flows from the combustion chamber remote side of the burner also through these openings 15 to the combustion chamber 5. The die Wall of the combustion chamber in the vicinity of the openings 15 immediately downstream of the burner forming the inner surface of the inner housing 2 has an inwardly projecting shoulder 17, the flow of the decomposed Hydrogen peroxide from these outer openings 15 deflects generally inward so that he with the flow leaving the central annular outlet opening 10.

Die in Strömungsrichtung weisende ringförmige Fläche 9 des Brenners zwischen der inneren Austrittsöffnung 10 und den äußeren öffnungen 15 sowie die kreisrunde innere Fläche der runden Abschlußklappe 31 des Brenners innerhalb der inneren ringförmigen Öffnung 10 werden dadurch gekühlt, daß der flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoff durch diesen Flächen benachbarte innenliegende Kanäle geleitet wird. Zu diesem Zweck ist die von der Brennkammer abgewandte Seite des Brenners mit einer Anzahl von Stegen 30 versehen, die von seiner Mittelachse ausgehen und jeweils mit den erwähnten Kanälen 14 abwechseln bzw. zwischen letzteren liegen. Innerhalb dieser Stege oder Rippen sind mehrere Kanäle 18 ausgebildet, die sich von einer zentralen Brennstoffzuführungskammer 19 auf der von der Brennkammer abgewandten Seite des Brenners aus nach außen erstrecken und mit einem Ringkanal 20 am äußeren Umfang des Brenners in der Nähe der äußeren öffnungen 15 in Verbindung stehen, wo das zersetzte Wasserstoffsuperoxyd in die Brennkammer 5 eintritt. Von diesem Ringkanal 20 aus strömt das Paraffin nach innen durch einen engen Ringraum 21 zum Auslaß des ringförmigen Kanals 11. Um zur Erzielung einer guten Kühlwirkung bis zur äußeren Kante des Brenners beizutragen, sind in dem Ringkanal 20 Umlenkbleche 22 in kleiner Anzahl vorgesehen, um das Paraffin zu zwingen, an der Außenfläche dieses Ringkanals entlangzuströmen, und um die Ausbildung von Taschen, in denen das Paraffin stagniert, zu verhindern, denn hierdurch würde die Kühlwirkung vermindert. The annular surface 9 of the burner pointing in the direction of flow between the inner outlet opening 10 and the outer openings 15 as well as the circular inner surface of the circular shutter 31 of the burner within the inner annular Port 10 are cooled by the liquid hydrocarbon fuel passing through adjacent areas internal channels is routed. For this purpose, the one facing away from the combustion chamber Side of the burner is provided with a number of webs 30 which extend from its central axis and alternate with the mentioned channels 14 or lie between the latter. Within These webs or ribs are formed several channels 18, which extend from a central fuel supply chamber 19 extend outward on the side of the burner facing away from the combustion chamber and with an annular channel 20 on the outer circumference of the burner near the outer Openings 15 are in communication, where the decomposed hydrogen peroxide enters the combustion chamber 5. From this annular channel 20, the paraffin flows inward through a narrow annular space 21 to the outlet of the annular channel 11. In order to achieve a good cooling effect to the outer edge of the Contribute burner, baffles 22 are provided in the annular channel 20 in small numbers to the To force paraffin to flow along the outer surface of this ring channel, and to the formation of To prevent pockets in which the paraffin stagnates, as this would reduce the cooling effect.

Aus dem inneren Teil des Ringraums 21 strömt das Paraffin nach innen durch eine Anzahl von radialen Bohrungen 23 in eine zweite zentrale Kammer 24, die etwa im Scheitel des konischen Ringkanals 11 liegt. Diese Kammer 24 besitzt ein Innengewinde zur Aufnahme eines druckbetätigten Rückschlagventils 25, das von der Brennkammerseite her eingesetzt ist, und der Auslaß dieses Ventilaggregats, der sich ebenfalls auf der Brennkammerseite des Ventils befindet und in der Mitte des Ringkanals liegt, führt zu einer Austrittskammer 26, die durch eine kreisrunde Kappe 31 verschlossen ist, deren Außenkante nach innen umgebogen ist, so daß sie die innere kegelstumpfförmige Wand 13 des Austrittskanals 10 des Ringkanals 11 bildet. Diese Abschlußkappe 31 ist an dem Gehäuseteil 27 des Rückschlagventils 25 dadurch befestigt, daß ihre Kanten mit dem Gehäuseteil verschweißt sind; die Kappe befindet sich in einem geringen Abstand von der der Brennkammer zugewandten Fläche des Ventilgehäuseteils 27, so daß ein niedriger kreisrunder Raum 28 entsteht, durch den das Paraffin nach dem Passieren des Ventils hindurchströmt, wobei die Außenfläche des Kappenteils 31, die der Brennkammer zugewandt ist, gekühlt wird. Mehrere öffnungen oder Düsen 29, die in dem die innere kegelstumpfförmige Wand 13 des Ringkanals 11 bildenden Teil dieser Kappe ausgebildet sind, leiten das Paraffin zu dem dem Auslaß benachbarten Kanal. Diese Austrittsöffnungen 29 verlaufen allgemein radial nach außen und: haben eine kleine Richtungskomponente von der Brennkammer weg, so daß sie das Paraffin in Form von Strahlen quer durch den Ringkanal 11 auf die äußere kegelstumpfförmige Wand 12 dieses Kanals leiten. Die Paraffinstrahlen treffen auf diese äußere kegelstumpfförmige Wand 12, die eine Prallfläche bildet, auf, und das Paraffin wird somit mit dem den Kanal mit hoher Geschwindigkeit passierenden Gasstrom innig gemischt. Die Verbrennung wird in unmittelbarer Nähe der der Brennkammer zugewandten Fläche 9 des Brenners aufrechterhaltenFrom the inner part of the annulus 21, the paraffin flows inward through a number of radial lines Bores 23 in a second central chamber 24, which lies approximately in the apex of the conical annular channel 11. This chamber 24 has an internal thread for receiving a pressure-actuated check valve 25, which is inserted from the combustion chamber side, and the outlet of this valve unit, which is also is located on the combustion chamber side of the valve and is in the middle of the ring channel, leads to an outlet chamber 26, which is closed by a circular cap 31, the outer edge of which is bent inward is so that it the inner frustoconical wall 13 of the outlet channel 10 of the annular channel 11 forms. This end cap 31 is attached to the housing part 27 of the check valve 25 by that their edges are welded to the housing part; the cap is at a short distance from the surface of the valve housing part 27 facing the combustion chamber, so that a lower circular Space 28 is created through which the paraffin flows after passing the valve, wherein the Outer surface of the cap part 31, which faces the combustion chamber, is cooled. Multiple openings or Nozzles 29 in which the inner frustoconical wall 13 of the annular channel 11 forming part of this Cap are formed, direct the paraffin to the channel adjacent to the outlet. These outlet openings 29 run generally radially outward and: have a small directional component away from the combustion chamber so that they shape the paraffin of rays across the annular channel 11 onto the outer frustoconical wall 12 of this channel conduct. The paraffin jets hit this outer frustoconical wall 12, which is a baffle forms, and the paraffin thus becomes with the gas flow passing through the channel at high speed intimately mixed. The combustion takes place in the immediate vicinity of the one facing the combustion chamber Maintain surface 9 of the burner

Claims

Patent claims:

1. Burner for a rocket engine, in which a liquid fuel in one of the combustion chambers a gaseous fuel supplying channel is introduced in the transverse direction thereof, characterized by one arranged in the channel (11) for the gaseous fuel, the liquid one Fuel-collecting and atomizing baffle.

2. Burner according to claim 1, characterized in that the baffle from the wall of the the gaseous fuel supplying channel (11) is formed.

Considered publications:
German patent specification Xr. 915,759;
British Patent Specification No. 727 720,680 718.

1 sheet of drawings