DE1132384B

DE1132384B - Nachbrenneinrichtung fuer Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE1132384B
Application number: DER25192A
Authority: DE
Inventors: Martin Land
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1958-05-03
Filing date: 1959-03-23
Publication date: 1962-06-28

Description

Nachbrenneinrichtung für Gasturbinenstrahltriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachbrenneinrichtung für Gasturbinenstrahltriebwerke mit Treibstoffeinspritzdüsen und Treibstoffleitungen zur Treibstoffzufuhr an die Einspritzdüsen.
In Nachbrenneinrichtungen ergibt sich die Schwierigkeit, daß während des Aufheizens in die heißen Einspritzdüsen eintretender Zündungstreibstoff unmittelbar verdampft. Dadurch verstopfen die Düsenöffnungen, so daß nur eine beschränkte Treibstoffmenge für die Verbrennung verfügbar ist, bis die Treibstoffleitung bei normalen Durchflußverhältnissen durch den Treibstoff abgekühlt wird. Die Rückkehr zu normalen Durchflußverhältnissen ist unregelmäßig, weil die dem Einlaß am nächsten liegenden Einspritzdüsen den flüssigen Treibstoff zuerst ausgeben.
Dadurch wird die Zündung gestört, weil das Gemisch aus Luft und verdampftem Treibstoff zu » schwach « für die Verbrennung ist und die zum Einleiten der Aufheizverbrennung angewendete, sogenannte » hot-shot «-Zündung nur während einer beschränkten Zeitdauer arbeitet.
Das gilt insbesondere für eine Nachbrenneinrichtung, bei welcher der Treibstoff durch kleine Einspritzdüsen ausgegeben wird, weil diese eine starke Einschnürung bilden, die verhindert, daß der innerhalb der Leitungen entwickelte Treibstoffdampf rasch entweicht.
Es ist bekannt, daß eine Treibstoffleitung in mehreren mit Düsen versehenen Ringleitungen endet. Ferner ist es bekannt, ein Ventil durch thermische Zusammenziehung zu betätigen.
An Aufheizeinrichtungen ist es weiterhin bekannt, dann, wenn die Rufheizung nicht länger erforderlich ist, ein Zuführungsventil in, eine solche Stellung zu bringen, daß die Treibstoffzuführung abgesperrt und Zufluß von Druckluft zu dem Verteilerrohr ermöglicht wird. Dadurch soll eine Verstopfung der Düsenöffnungen in dem Verteilerrohr durch-Verkokung von Treibstoffresten verhindert werden. Wenn die bekannte Aufheizeinrichtung in Betrieb genommen wird, muß das genannte Ventil in die zur Zuführung des Treibstoffs dienende Stellung gebracht werden, so daß dann doch die Neigung zu Dampfverstopfungen auftritt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Vermeidung solcher Verstopfungen.
Erfindungsgemäß enthält die Treibstoffleitung ein Ausflußventil, das bei abgestelltem Nachbrenner offen ist und im offenen Zustand den unmittelbaren Austritt von Treibstoffdampf aus der Treibstoffleitung in die Turbinenabgabe ermöglicht, und eine Ventilschfeßeinrichtung, welche bei einem Durchfluß des Treibstoffs im flüssigen Zustand durch das Ausflußventil selbsttätig schließt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Schließen des Ventils durch eine für Ventilsteuerung bekannte, auf thermischer Zusammenziehung beruhende Ventilbetätigung durchgeführt wird, welche durch Kühlwirkung des Treibstoffs ausgelöst wird.
Ferner ist vorzugsweise eine Ausflußöffnung neben dem Ventil angeordnet, welche auch bei geschlossenem Ventil einen Austritt geringer Treibstoffmengen neben dem Ventil ermöglicht. Vorteilhaft endet die Treibstoffleitung in mehreren Ringleitungen, die mit Düsen versehen sind, wobei der Ventilaustrittsquerschnitt in Strömungsrichtung in einem stromab der Düsen liegenden Querschnitt des Abgaskanals angeordnet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das Ausflußventil ein Kegelventil ist, welches auf einer Ventilstange angeordnet ist, die im Weg des Treibstoffs liegt, so daß die kalte Treibstoffströmung eine Zusammenziehung der Stange und das Zurückziehen des Kegelventils an einen Sitz zu bewirken vermag.
Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. In den Zeichnungen zeigt Fig.1 einen schematischen Schnitt durch das hintere Teil eines Strahltriebwerkes mit einer in den Abgaskanal eingebauten Nachbrenneinrichtung, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig.1. Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch das Ventil und Ventilgehäuse, das in Fig. 1 in Seitenansicht gezeigt ist.
Das in Fig. 1 dargestellte Turbinenstrahltriebwerk besitzt die Verbrennungskammern 10, dahinter eine Hochdruckturbine 11 und eine Niederdruckturbine 12. Die Turbinenabgase werden in den Abgaskanal 13 gegeben, der den üblichen. Abgaskanalkonus 14 enthält und die Düse 15 aufweist.
Eine Strebe 16 trägt die Nachbrenneinrichtung, die ein Nachbrenn-Treibstoffzuführungssystem einschließlich eines Treibstoffbehälters 17 mit der Pumpe 18 und eines Drosselventils 19 aufweist. Letzteres speist Treibstoff über die Leitung 20 zu dem Verteiler 21, aus welchem die drei Treibstoffleitungen 22, 23, 24 gespeist werden. An der Strebe 16 sind ferner .drei Rinnen 25 a, 26 a, 27 a angebracht, die zur Stabilisierung der Verbrennung des aufgeheizten Treibstoffs dienen.
Ferner sind an der Strebe 16 drei Ringleitungen 25, 26, 27 angeordnet, von denen jede Einspritzdüsen 28 besitzt. Die Treibstoffleitung 22 liefert Treibstoff zur Ringleitung 25, die Treibstoffleitung 23 zur Ringleitung 26 und die Treibstoffleitung 24 zur Ringleitung 27.
Jede Ringleitung 25, 26, 27 ist über Zwischenleitungen 29, 30, 31 mit einem Ventilgehäuse 32 verbunden. Dieses ist an der Strebe 16 angeordnet und enthält eine Hülse 33 mit einer Öffnung 34 an einem Ende und ein als Kegelventil ausgeführtes Ausflußventil 35, das auf einer Ventilstange 36 angeordnet ist, die als Ventilschließeinrichtung dient und vermittels einer Mutter 37 an einem Ende des Ventilgehäuses 32 befestigt ist. Das Kegelventil 35 ruht in der geschlossenen Stellung auf einem ringförmigen Sitz 38. Wenn es geschlossen ist, bleibt eine kleine Auslaßöffnung 39 frei, durch die Treibstoff oder Dampf strömen kann.
Im heißen Abgasstrom des laufenden Triebwerkes befindet sich das Ausflußventil35 in der mit strichpunktierten Linien in Fig.3 dargestellten Stellung, wenn der Nachbrenner abgestellt ist.
Jeglicher Treibstoff, der in den Nachbrenner eintritt und in den Ringleitungen 25, 26, 27 oder den Treibstoffleitungen 22, 23, 24 verdampft, strömt durch die Öffnung 34 in das Ventilgehäuse 32 und durch dessen offenes Ende hinaus. Auch bei Beginn der Aufheizung wird der anfänglich in das Gehäuse eintretende Treibstoffstrom verdampfen und durch das offene Ausflußventil entweichen. Dadurch wird die Entwicklung von Dampfdruck vermieden.
Wenn der Nachbrenner in Betrieb genommen wird, bewirkt die Treibstoffströmung die Abführung des Dampfes durch das offeneAusflußventil, bis derTreibstoffstrom ausreicht, durch Kühlung der Ventilstange 36 deren Zusammenziehung zu bewirken, so daß dadurch das Ausflußventil geschlossen wird. Dann fließt der Treibstoff in üblicher Weise durch die Einspritzdüsen 28.
Das Ausflußventil ist so konstruiert, daß es bei der Abgaskanaltemperatur offen und bei Temperaturen gerade unter den Verdampfungstemperaturen dies Treibstoffs geschlossen ist. Somit ist das Ventil zwischen dem kalten Zustand und der Treibstoffverdampfungstemperatur geschlossen. Dabei ist der Unterschied in der Elastizität der Materialien einbezogen.
Durch das Ventil strömt während der Aufheizung ständig Treibstoff, um die Verdampfung im Innern zu verhindern. Diese Abströmung ist in der Treibstoffverteilung zulässig und ist daher nicht verschwendet.
Während des normalen Betriebs entweicht tropfenförmig eine geringe Treibstoffmenge durch die Auslaßöffnung 39, so daß ein Sieden des Treibstoffs in dem Gehäuse 32 vermieden und der Austritt jeglichen Treibstoffdampfes zugelassen wird, der sich in dem Gehäuse 32 bildet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Nachbrenneinrichtung für Gasturbinenstrahltriebwerke mit Treibstoffeinspritzdüsen und Treibstoffleitungen zur Treibstoffzufuhr an die Einspritzdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffleitung ein Ausflußventil (35), das bei abgestelltem Nachbrenner offen ist und im offenen Zustand den unmittelbaren Austritt von Treibstoffdampf aus der Treibstoffleitung in die Turbinenabgabe ermöglicht, und eine Ventilschließeinrichtung (36) enthält, welche bei einem Durchfluß des Treibstoffes im flüssigen Zustand durch das Ausflußventil selbsttätig schließt.
2. Nachbrenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen des Ventils (35) durch eine für Ventilsteuerung bekannte, auf thermischer Zusammenziehung beruhende Ventilbetätigung durchgeführt wird, welche durch Kühlwirkung des Treibstoffes ausgelöst wird.
3. Nachbrenneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausflußöffnung (39) neben dem Ventil (35) vorgesehen ist, welche auch bei geschlossenem Ventil (35) einen Austritt geringer Treibstoffmengen neben dem Ventil ermöglicht.
4. Nachbrenneinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffleitung in mehreren Ringleitungen (25, 26, 27) endet, die mit Düsen (28) versehen sind, wobei der Ventilaustrittsquerschnitt (35) in Strömungsrichtung in einem stromab der Düsen (28) liegenden Querschnitt des Abgaskanals angeordnet ist.
5. Nachbrenneindchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausflußventil (35) ein Kegelventil ist, welches auf einer Ventilstange (36) angeordnet ist, die im Weg des Treibstoffes liegt, so daß die kalte Treibstoffströmung eine Zusammenziehung der Stange (36) und das Zurückziehen des Kegelventils (35) an einen Sitz (38) zu bewirken vermag. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 267196; französische Patentschriften Nr. 1111196, 1073 983; britische Patentschrift Nr. 758 675; USA.-Patentschriften Nr. 2 808 702, 2 793 495, 1910834.