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Nacherhitzer-Brennstoffzuführungseinrichtung für ein Turbostrahltriebwerk
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nacherhitzer-Brennstoffzuführungseinrichtung
für ein Turbostrahltriebwerk mit einemAbgasdiffusor, in dem einFlammhalter und zwei
in Abstand voneinander liegende Sprühstangenanordnungen angebracht sind, von denen
die eine in der Nähe des Flammhalters und die andere in der Strömungsrichtung vor
diesem liegen, und mit einem Dosierventil und mit Ventileinrichtungen zur wahlweisen
Zuführung des von einer Pumpe unter Druck gesetzten Brennstoffes zu den beiden Sprühstangenanordnungen.
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Bei bekannten Brennstoffzuführungseinrichtungen dieser Art stellt
die eine Einspritzvorrichtung einen Hilfsbrenner dar, der über ein Dosierventil
derart ständig mit Brennstoff beliefert wird, daß das Brennstoff-Luft-Verhältnis
im Hilfsbrenner annähernd konstant bleibt.
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Die andere Einspritzvorrichtung in Form einer Sprühstangenanordnung
stellt den eigentlichen Nacherhitzerbrenner dar. In der Leitung zwischen dem Dosierventil
und diesem Nacherhitzerbrenner liegt ein solenoidbetätigtes Ventil, das die Brennstoffzufuhr
zu dem Nacherhitzerbrenner öffnet, wenn eine zusätzliche Schubkraft gewünscht wird.
Der Hilfsbrenner dient zur Zündung dieses Nacherhitzungsbrennstoffs.
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Ein wesentliches Problem bei derartigen -Nacherhitzungsbrennern besteht
in dem beträchtlichen Temperatursprung und dem damit verbundenen Schubkraftsprung,
der beim Zünden des Nacherhitzungsbrenners auftritt. Aus der fundamentalen Verbrennungstheorie
ist bekannt, daß ein Brennstoff-Luft-Verhältnis von weniger als etwa 0a03 keine
stabile und wirksame Verbrennung bei normalen Drücken aufrechterhalten kann. Daher
muß zum Zünden des eigentlichen Nacherhitzungsbrenners die zugeführte Menge des
Nacherhitzungsbrennstoffes bis zu einem Punkt erhöht werden, welcher dem Wert 0,03
entspricht, worauf ein Temperatursprung von etwa 1500° auftritt. Dieser Temperatursprung
und der dadurch erzeugte Schubkraftvorsprung sind sowohl vom betrieblichen als auch
vom konstruktiven Standpunkt aus höchst unerwünscht.
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Das Ziel der Erfindung ist daher eine Brennstoffzuführungseinrichtung
der eingangs angegebenen Art, bei der dieser Nachteil nicht auftritt.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Sprühstangenanordnungen
über ein Betriebsartwählventil mit der Brennstoffpumpeverbunden sind und daß ein
Druckwählventil, das zugleich mit dem Dosierventil durch einen Gashebel gesteuert
wird, den Betrieb des Betriebsartwählventils so steuert, daß der unter Druck stehende
Brennstoff bei kleinen Einstellungen des Gashebels der in der Nähe des Flammlialters
liegenden Sprühstangenanordnung und bei größeren Einstellungen des Gashebels zusätzlich
oder allein der stromaufwärts liegenden Sprühstangenanordnung zugeführt wird.
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Bei der erfindungsgemäßenEinrichtung dienen beide Sprühstangeneinrichtüngen
der Nacherhitzung, und die Brennstoffzufuhr zu beiden Sprühstangeneinrichtungen
wird durch das Betriebsartwählventil so gesteuert, daß je nach Bedarf die eine,
die andere oder beide arbeiten. Die eine Sprühstangenanordnung spritzt den Brennstoff
örtlich begrenzt direkt vor dem Flammhalter ein. Dies ergibt ein örtlich begrenztes
brennbares Brennstoff-Luft-Verhältnis hinter der Flammhalterrinne, obgleich insgesamt
das durchschnittliche Brennstoff-Luft-Verhältnis im Nacherhitzungsbrenner für eine
Zündung zu mager ist. Diese Einrichtung arbeitet vom Leerlauf bis zu einer Brennstoffmenge,
welche einem Gesamt-Brennstoff-Luft-Verhältnis von etwa 0,03 entspricht. Bei diesem
Punkt wird die Brennstoffzufuhr zu der zweiten Sprühstangenanordnung übertragen,
die in der Strömungsrichtung vor dem Flammhalter liegt. Die örtlich begrenzt wirkende
Sprühstangenanordnung weist einen hohen Wirkungsgrad bei niedrigen Brennstoff-Luft-Verhältnissen
auf, während die zweite, gleichförmig wirkende Sprühstangenanordnung entsprechende
Eigenschaften bei höheren Brennstoff-Luft-Verhältnissen besitzt. Durch geeignete
Wahl des Übergangspunktes kann der Betrieb des Nacherhitzungsbrenners so eingestellt
werden, daß der Übergang nahezu stufenlos erfolgt. Bei höchsten Anforderungen kann
die örtlich begrenzt wirkende Sprühstangenanordnung auch gleichzeitig mit der gleichförmig
wirkenden Anordnung betrieben werden, so daß eine noch stärkere Nacherhitzungswirkung
erhalten wird.
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Der Nacherhitzer kann daher in einem sehr großen Bereich der durchschnittlichen
Brennstoff-Luft-Verhältnisse
im Brenner arbeiten, wozu auch sehr
magere Brennstoff-Luft-Gemische gehören. Der Temperatur-und Schubkraftsprung beim
Zünden der zweiten Sprühstangenanordnung ist daher auf ein Minimum begrenzt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Abbildung
der Zeichnung dargestellt. Die in der Zeichnung gezeigte vollständige Nacherhitzer-Brennstoffzuführungseinrichtung
enthält einen Brennstofftank 11, eine Brennstoffpumpe 12, ein Dosierventil 13, ein
Druckwählerventi114, den Gashebel 15 des Piloten, ein Betriebsartwählventi116,
eine Verteilervorrichtung 17 für eine örtlich begrenzt wirkende Sprühstangenanordnung
und eine Verteilervorrichtung 18 für eine gleichförmig wirkende Sprühstangenanordnung.
Das Dosierventil13 liegt in der Brennstoffzuführungsleitung 19. Es besteht aus einem
Gehäuse 21, in dem ein axial bewegliches Teil 22 und ein über dieses greifendes
drehbares Teil 23 angebracht sind. Die Teile 22 und 23 sind mit Öffnungen
versehen, die sich überlappen und dadurch die Brennstoff-Dosieröffnung 24 definieren.
Der Gashebel 15 ist mit dem drehbaren Teil 23 über eine Schubstange25, einen Hebel
26, eine Welle 27, Kegelräder 28 und 29 und eine Welle 31 verbunden.
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Das Druckwählventil 14 liegt über die Leitungen 32 und 33 parallel
zur Pumpe 12. Es enthält einen beweglichen Doppelkolben 34, 35, der an einer Kolbenstange
36 befestigt ist. Die Kolbenstange 36 ist mit dem Gashebel über den Hebel 37, die
Welle 38, den Hebel 39 und die Schubstange 25 verbunden. Das Betriebsartwählventil
16 ist über die Leitung 42 mit dem Druckwählventil 14 und über die Leitung 41 mit
der Hauptbrennstoff leitung 19 vor der Pumpe 12 verbunden. Das Betriebsartwählventil16
besteht aus einem Gehäuse, in dem ein Doppelkolben 43, 44 beweglich gelagert ist.
Der Doppelkolben ist an einer Stange 45 befestigt und wird durch eine Feder 46 in
die Stellung gedrückt, in der die örtlich begrenzt wirkende Sprühstangenanordnung
allein in Betrieb ist. Ferner ist ein verstellbares Anschlagglied 47 vorgesehen,
das die Bewegung des Doppelkolbens 43, 44 gegen die Wirkung des Druckes in der Leitung
42 begrenzt. Die Brennstoffverteilervorrichtung 17 ist mit dem Betriebsartwählventi116
über die Leitung 48 verbunden. Sie enthält ein federbelastetes Überdruckventil 49
sowie einen oder mehrere Ringverteiler 51, die direkt vor den Flammhalterrinnen
53 befestigt sind. Die Verteilerringe sind mit dem Überdruckventil 49 über die Leitungen
54 und 55 verbunden. Die Brennstoffverteilervorrichtung 18 ist mit dem Betriebsartwähler
16 über die Leitung 56 verbunden. Sie enthält ein federbelastetes überdruckv entil
57 und die Sprühstangen 58, die im Abgaskonus 59 angebracht sind. Die Sprühstangen
sind mit dem Überdruckventil 57 über Leitungen 61 und 62 verbunden.
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Im Betrieb der Einrichtung wird Brennstoff aus dem Tank 11 durch die
Hauptbrennstoffleitung 19 über das Dosierventil 13- zu dem Betriebsartwählventil
16 gefördert. Der Tankdruck und der Pumpendruck werden dem Druckwählventil 14 über
die Leitungen 32 bzw. 33 zugeführt. Wenn der Gashebel in der dargestellten Leerlaufstellung
steht, verschließt der Kolben 35 die an die Leitung 33 angeschlossene Öffnung, so
daß der Tankdruck in der Leitung 32 über das Druckwählventil in die Leitung 42 eintreten
kann, von wo er zur einen Seite des Kolbens 43 geführt wird. Die Leitung 41 führt
den Tankdruck zum gegenüberliegenden Ende des Betriebsartwählventils 16, wo er auf
die eine Seite des Kolbens 44 einwirkt. Dadurch wird der auf den Kolben 43 wirkende
Druck ausgeglichen, und die Feder 46 kann die beiden Kolben so einstellen, daß -die
zur Leitung 48 führende Öffnung geöffnet ist. Der Brennstoff wird über die Hauptbrennstoffleitung
19 in das Betriebsartwählventil 16 eingeführt, von wo er über die Leitung 48 zu
der Verteilervorrichtung 17 gelangt. Beim Leerlauf leitet das Überdruckventil 49
den Brennstoff aus der Leitung 48 über die Leitung 54 zu einem der Ringverteiler
51, von wo er in den Luftstrom eingespritzt wird. Wenn der Gashebel 15 nach vorn
geschoben wird, vergrößert sich die Dosieröffnung 24, so daß eine größere Brennstoffmenge
über die Brennstoffleitung19 zum Betriebsartwählventil16 gelangt. Diese erhöhte
Brennstoffmenge wird über die Leitung 48 auf das überdruckventi149 gegeben, welches
sich bei einem bestimmten Druck öffnet und Brennstoff über die Leitung 55 zu den
übrigen Ringverteilern gelangen läßt. Beim Vorschieben des Gashebels wird auch die
Kolbenstange 36 bewegt, wodurch die Stellung der Kolben 34 und 35 verändert wird,
bis der Kolben 34 die an die Leitung 32 angeschlossene Öffnung verdeckt, so daß
der Pumpendruck über die Leitung 33 zur Leitung 42 gelangen kann. Der dem Betriebsartwählventil16
zugeführte Pumpendruck wirkt auf den Kolben 43 ein, und er ist so groß, daß er die
gemeinsame Wirkung des Tankdrucks und der Feder 46 überwindet. Die Kolben 43 und
44 werden dadurch so eingestellt, daß sie die zur Leitung 48 führende Öffnung verschließen
und die zur Leitung 56 führende Öffnung öffnen, so daß Brennstoff über die Leitung
56 zu dem Überdruckventil 57 gelangt. Dieses leitet die gesamte Brennstoffmenge
über die Leitung 61 zu einer der Sprühstangen 58. Wenn der Gashebel noch weiter
vorgeschoben wird, vergrößert sich die Dosieröffnung 24 noch mehr, und die über
die Hauptbrennstoffleitung 19 und dieLeitung 56 gelieferte Brennstoffmenge wird
so weit erhöht, daß das Überdruckventil 57 den Brennstoff über die Leitung 62 auch
zu den übrigen Sprühstangen 58 gelangen läßt. Der verstellbare Anschlag 47 kann
so eingestellt werden, daß er den Hub des Doppelkolbens 43, 44 so begrenzt, daß
bei hohen Schubkraftanforderungen diezurLeitung 48 führende Öffnung nicht vollständig
geschlossen ist. Es kann dann ein geringer Prozentsatz der gesamten Brennstoffmenge
durch die örtlich wirkende Sprühstangenanordnung eingespritzt werden, während der
Rest der Brennstoffmenge durch die gleichförmig wirkende Sprühstangenanordnung eingespritzt
wird.
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Die örtlich wirkende Sprühstangenanordnung hat eine ausreichendeKapazität,
um dieBrennstoffanforderungen vom Leerlauf bis zu einer Brennstoffmenge zu erfüllen,
welche einem durchschnittlichen Brennstoff-Luft-Verhältnis von 0,03 entspricht.
Der Übergang von der örtlich wirkenden Einrichtung auf die gleichförmig wirkende
Einrichtung wird daher etwa an diesem Punkt vorgenommen, so daß ein Betrieb bei
voller Brennstoffmenge entweder mit der gleichförmig wirkenden Einrichtung allein
oder in Kombination mit der örtlich begrenzt wirkenden Einrichtung möglich ist.
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Bei dem dargestellten Beispiel wurde angenommen, daß jede Einspritzvorrichtung
mehrere Ringverteiler bzw. Sprühstangen aufweist. Es ist jedoch zu bemerken, daß
eine Einrichtungoder beide Einrichtungen so ausgeführt sein können, daß sie nur
eine einzige Sprühstange aufweisen. Ferner liegen in der Darstellung die Ringverteiler
vor den Flammhaltern, jedoch kann es in gewissen Fällen vorteilhaft sein, die Ringverteiler
in den Flammhalterrinnen anzubringen oder sie aus einem Stück mit diesen herzustellen.