DE1096684B - Zuendeinrichtung fuer Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für Gasturbinentriebwerke, die aus einer mit der Brennkammer verbundenen Zündkammer, einer in diese hineinragenden, in der Längsachse liegenden Einspritzdüse und einer Zündkerze besteht, wobei dem Kraftstoff innerhalb der Einspritzdüse ein Drall erteilt wird.

Zündeinrichtungen dieser Art sind bekannt. Als Brennstoff wird der eigentliche Brennstoff des Triebwerkes, z. B. Kerosin, verwendet. Er tritt mit einem Drall aus der schräg zur Längsachse der Zündkammer angeordneten Einspritzdüse in die Zündkammer ein und breitet sich hohlkegelförmig aus, wobei in dem Zeitpunkt, in welchem der Brennstoffkegel die Zündkerze erreicht, die Zündung erfolgt. Die Flamme schlägt dann zur Brennkammer durch und bringt den dort eingespritzten Brennstoff zur Entzündung. Schwierigkeiten bestehen jedoch darin, den Brennstoffkegel so aufzuweiten, daß er die Zündkerze auch bei niedrigen Temperaturen erreicht. Der Brennstoffkegel erfährt bei niedrigen Temperaturen infolge der stärkeren Viskosität des Brennstoffes eine Einschnürung, so daß erfahrungsgemäß bei Temperaturen unter —15° C keine einwandfreie Zündung erfolgen kann.

Die Zündung bzw. das Durchschlagen der Zündflamme zur Brennkammer wird noch dadurch erschwert, daß in der Zündkammer von der sekundären Brennkammer luft durchströmte radiale, über den Umfang der Zündkammer verteilte Bohrungen zur Versorgung der Zündflamme mit Verbrennungsluft vorhanden sind. Die radial zugeführte Verbrennungsluft schnürt den durch die erhöhte Viskosität des Brennstoffes bei tiefen Temperaturen schon kleinen Brennstoffkegel noch etwas ein.

Diese Zündeinrichtungen entwickeln daher bei tiefen Temperaturen eine sehr träge Zündflamme mit großem Zündzeitverzug. Dieser Zündzeitverzug bewirkt, daß eine gewisste Menge Brennstoff der Brennkammer bis zum Durchschlagen der Zündflamme aus der Zündkammer unverbrannt an der inneren Brennkammerwand sich absetzt und dort nach dem Zünden des Brennstoffes der Brennkammer zu unkontrollierbaren ungünstigen Nebenverbrennungserscheinungen führen kann.

Es ist bekannt, die Mängel dadurch zu beseitigen, daß der Brennstoff bei niedrigen Temperaturen elektrisch vorgewärmt wird. Diese Maßnahme kompliziert, jedoch die Zündeinrichtung, erhöht die Störanfälligkeit, und sie wird entsprechend unwirtschaftlich.

Weiterhin ist eine Zündeinrichtung bekannt, bei der ungefähr in der Mitte der Zündkammer eine tangentiale Bohrung angeordnet ist, die einen Anschluß für Druckluft aufweist. Die durch diese Bohrung zuge-Zündeinrichtung
für Gasturbinentriebwerke

Anmelder:

VEB Entwicklungsbau Pirna,
Pirna-Sonnenstein

Gerhard Gutter, Dresden,
ist als Erfinder genannt worden

führte Luft bewirkt in gewissen Grenzen eine Verwirbelung des Brennstoff-Luft-Gemisches. Hierbei wird das Gemisch in eine kreisförmige Bewegung gebracht. Abgesehen davon, daß ein erheblicher Zündzeitverzug vorhanden ist, muß die der Zündkammer tangential zugeführte Luft einen hohen Druck aufweisen, der durch ein längeres Anlassen des Triebwerkes mittels Fremdantrieb erzeugt oder einem besonderen Druckluftbehälter entnommen wird. Außerdem ist die Zündflamme sehr träge. Dieser Nachteil wird vermieden, wenn der Zündkammer ein federbelastetes Ventil nachgeschadtet ist, so daß nach der Zündung in der Zündkammer ein bestimmter Druckanstieg erfolgt, bevor das Ventil geöffnet wird und die Zündflamme in die Brennkammer explosionsartig eintritt. Diese Maßnahme führt jedoch zu einer erhöhten Störanfälligkeit der Zündeinrichtung.

Weiterhin sind mit Luft durchströmte Dralleinrichtungen für Einspritzdüsen bekannt, mittels deren dem Brennstoff innerhalb der Einspritzdüse ein Drall erteilt wird. Sie sind jedoch in kontinuierlich arbeitenden Einspritzdüsen angeordnet und weisen kurze Strömungswege für die Drall erteilende Luft auf. Die Luft trifft hierbei radial mit einer Axialkomponente bei verhältnismäßig großem Druckverlust auf den Brennstoffstrahl. Die Luft muß daher einen genügend hohen Druck haben, um den Brennstoffstrahl genügend aufweiten zu können. Hierzu ist es erforderlich, den entsprechenden Druck entweder durch längeres Anlassen des Triebwerkes und damit durch größere Förderleistung des Verdichters oder durch einen separat angetriebenen Kompressor zu erzeugen.

Erfindungsgemäß werden diese Mängel dadurch behoben, daß bei einer Zündeinrichtung für Gasturbinentriebwerke, die aus einer mit der Brennkammer verbundenen Zündkammer, einer in diese hineinragenden, in deren Längsachse liegenden Einspritzdüse und einer Zündkerze besteht, wobei dem Brennstoff innerhalb

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der Einspritzdüse ein Drall erteilt wird, unmittelbar nach der Einspritzdüsenmündung eine von der sekundären Brennkammerluft unmittelbar durchströmte und diese Luft dem Brennstoffkegel über dem gesamten Umfang mit Gleichdrall zuführende Einrichtung angeordnet ist.

Durch die Zuführung der sekundären Brennkammerluft — das ist die Luft, die die Brennkammer im ersten Teil in axialer Richtung umströmt und danach zur Herabsetzung der Temperatur in die Brennkammer eintritt— über den gesamten Umfang des Brennstoffkegels wird bewirkt, daß eine bessere Aufweitung des Brennstoffkegels .und eine bessere Brennstoff aufbereitung erfolgt und als weitere Folge auch bei tiefen Temperaturen, z.B. unter —15° C, und in sehr großen Höhen einwandfrei gezündet werden kann. Außerdem genügt schon ein geringes Druckgefälle der Luft zur Aufweitung des Brennstoffkegels, z. B. von 200 mm WS. Gleichzeitig kann der zur Zündung erforderliche Brennstoffdruck niedriger sein, da sich der Brennstoffkegel nicht nur in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck, sondern auch von der vor der Einspritzdüsenmündung angeordneten Dralleinrichtung aufbaut. Sekundäre Brennkammerluft strömt auch nach erfolgter Zündung kontinuierlich durch die Dralleinrichtung und bestreicht die Zündkerze. Eine Verkokung der Zündkerze infolge der Wärmestrahlung aus dem Primärteil der Brennkammer wird dadurch verhindert, so daß als weiterer Vorteil eine oftmalige Reinigung der Zündkerze in kurzen Zeitabständen nicht mehr erforderlich ist.

Die Dralleinrichtung kann aus einem flachen Ring bestehen, auf dessen der Einspritzdüse zugewandten Seite mehrere tangential zur eingeschlossenen Kreisfläche gerichtete, sich verjüngende und spitz auslaufende Leitkörper angeordnet sind. Die sekundäx-e Brennkammerluft strömt zwischen den Leitkörpern hindurch in die Zündkammer, wobei ihr ein Drall erteilt wird. Die sekundäre Brennkammerluft wird beim Durchströmen zwischen den Leitkörpern noch beschleunigt, wenn sich der Durchströmraum im Querschnitt verengt, so daß der Brennstoffkegel noch besser aufgeweitet wird.

An der Dralleinrichtung können nahe dem Umfang in Achsrichtung der Zündkammer liegende Durchtrittsbohrungen für die sekundäre Brennkammerluft angeordnet sein. Die Luft, die durch diese Bohrungen strömt, unterstützt die Zündung bzw. die Verbrennung in Richtung der Brennkammer und bewirkt eine stabile, durchschlagskräftige Flamme, deren Zündzeitverzug auf ein Minimum herabgesetzt ist. In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Zündeinrichtung im Längsschnitt,
Fig. 2 (vergrößert) eine Dralleinrichtung.

Die Zündeinrichtung besteht aus einer mit der Brennkammer 1 verbundenen Zündkammer 2, einer in diese hineinragenden Einspritzdüse 3 und einer Zündkerze 4. Die Einspritzdüse 3 ist in der Längsachse der Zündkammer 2 angeordnet. Unmittelbar nach der Einspritzdüsenmündung 5 befindet sich eine von der sekundären Brennkammerluft unmittelbar durchströmte und diese Luft dem Brennstoffkegel über dem gesamten Umfang mit Gleichdrall zuführende Dralleinrichtung 6, die aus einem flachen Ring 7 besteht, auf dessen der Einspritzdüse zugewandten Seite mehrere tangential zur eingeschlossenen Kreisfläche gerichtete, sich verjüngende und spitz auslaufende Leitkörper 8 angeordnet sind. Nahe dem Umfang des Ringes 7 der Dralleinrichtung 6 sind in Achsrichtung der Zündkammer liegende Durchtrittsbohrungen 9 für die sekundäre Brennkammer luft angeordnet.

In der Einspritzdüse 3 wird dem Brennstoff vor dessen Eintritt in die Zündkammer ein Drall erteilt. Gleichzeitig strömt sekundäre Brennkammerluft (Pfeile x),. d. h. die Luft, die den ersten Teil der Brennkammer in Achsrichtung umströmt und danach zur Mischung mit den Verbrennungsgasen der Brennkammer zugeführt wird, durch Bohrungen 10 und einen Sammelraum 11 der Dralleinrichtung 6 radial zu. Die Luft strömt dann weiter zwischen den Leitkörpern 8 hindurch in die Zündkammer 2 ein, wobei ihr ein Drall erteilt wird, der dem Drall des aus der Einspritzdüse austretenden Brennstoff Strahles gleichgerichtet ist. Der Brennstoffstrahl bzw. der sich ausbildende Brennstoffkegel wird hierbei so aufgeweitet, daß er auch bei extrem niedrigen Temperaturen die Zündkerze erreicht und zur Entzündung gebracht werden kann. Die durch die Durchtrittsbohrungen 9 strömende Luft unterstützt die Verbrennung und das Durchschlagen der Zündflamme zur Brennkammer 1.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zündeinrichtung für Gasturbinentriebwerke, bestehend aus einer mit der Brennkammer verbundenen Zündkammer, einer in diese hineinragenden, in deren Längsachse liegenden Einspritzdüse und einer Zündkerze, wobei dem Brennstoff innerhalb der Einspritzdüse ein Drall erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach der Einspritzdüsenmündung (5) eine von der sekundären Brennkammerluft unmittelbar durchströmte und diese Luft dem Brennstoffkegel über dem gesamten Umfang mit Gleichdrall zuführende Einrichtung (6) angeordnet ist.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralleinrichtung (6) aus einem flachen Ring (7) besteht, auf dessen der Einspritzdüse zugewandten Seite mehrere tangential zur eingeschlossenen Kreisfläche gerichtete, sich verjüngende und spitz auslaufende Leitkörper (8) angeordnet sind.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Dralleinrichtung (6) nahe dem Umfang in Achsrichtung der Zündkammer (2) liegende Durchtrittsbohrungen (9) für die sekundäre Brennkammer luft angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 970 988,
1131108;
britische Patentschriften Nr. 686 131, 736699.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 697/158 12.60