DE1150840B

DE1150840B - Injector for liquid fuels, especially for gas turbines

Info

Publication number: DE1150840B
Application number: DEN20277A
Authority: DE
Inventors: Louis Claude Benoit Pichon
Original assignee: Nord Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques
Current assignee: Nord Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques
Priority date: 1961-07-03
Filing date: 1961-07-03
Publication date: 1963-06-27

Description

Einspritzvorrichtung für flüssige Brennstoffe, insbesondere, für Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf Einspritzvorrichtungen zur Versorgung neuzeitlicher Flugtriebwerke, wie Turbinen- oder Staustrahltriebwerke, die bezüglich Flughöhe und -betrieb zwischen weiten Grenzen verwendbar sind. Sie werden im allgemeinen so ausgeführt, daß man den Brennstoffdurchsatz abhängig vom Einspritzdruck variabel macht.Injection device for liquid fuels, in particular for gas turbines The invention relates to injection devices for the supply of modern technology Aero engines, such as turbine or ramjet engines, with respect to flight altitude and operation can be used between wide limits. You will in general designed so that the fuel throughput is variable depending on the injection pressure power.

Bisher bekannte Einspritzvorrichtungen dieser Art sind entweder mit beweglichen Teilen versehen und folglich mit Reibung behaftet, oder sie weisen eine Membran auf. Weder die eine noch die andere Art bietet alle notwendigen Eigenschaften, sei es bezüglich der Genauigkeit der Durchflußmenge oder bezüglich einer hinreichend feinen Zerstäubung.Previously known injectors of this type are either with Provided moving parts and consequently frictional, or they have a Membrane on. Neither one nor the other type offers all the necessary properties be it with regard to the accuracy of the flow rate or with regard to a sufficient fine atomization.

Bei Einspritzvorrichtungen mit beweglichen Teilen bietet die mechanische Reibung keine Garantie für die Reproduzierbarkeit der Betriebswerte. Es ist daher erforderlich -, eine Einrichtung zur individuellen Regelung des Durchsatzes hinzuzufüaen. Eine solche Einrichtung ist aber ein wesentlicher Nachteil, wenn Einspritzvorrichtungen verwendet werden, deren einzelne Durchflußmengen identisch sein müssen (z. B. im Falle mehrerer Brennkamrnern bei Turbinenstrahltriebwerken). Sie ist überhaupt unbrauchbar für die Speisung von Staustrahltriebwerken, wo die Anzahl der Einspritzvorrichtungen noch größer ist.For injectors with moving parts, the mechanical Friction does not guarantee the reproducibility of the operating values. It is therefore required - to add a device for individual control of the throughput. However, such a device is a major disadvantage when using injection devices can be used, the individual flow rates of which must be identical (e.g. in Case of multiple combustion chambers in turbine jet engines). It is useless at all for feeding ramjet engines, where the number of injectors is even bigger.

Bei Einspritzvorrichtungen mit einer deforrnierbaren Membran sind die Bedingungen, unter denen die einzuspritzende Flüssigkeit in die für eine gute Zerstäubung nötige Rotation versetzt wird, ungünstig wegen der Ausdehnung der Membran. Andererseits ist die Winkelverteilung des Strahles nicht gut, weil die Membran als Folge der Walzrichtung im Metall eine bevorzugte Deformationsrichtung hat.Injectors with a deformable membrane are the conditions under which the liquid to be injected into the for good Atomization required rotation is offset, unfavorable because of the expansion of the membrane. On the other hand, the angular distribution of the beam is not good because the membrane as As a result, the direction of rolling in the metal has a preferred direction of deformation.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Einspritzvorrichtung mit großem Durchsatzbereich zu schaffen, welche diese Nachteile nicht hat.The object of the invention is therefore to provide an injection device with a large throughput range that does not have these disadvantages.

Die Einspritzvorrichtung, mit deren Verbesserung sich die Erfindung beschäftigt, weist ein Gehäuse mit einer Einspritzöffnung mit konstantem Querschnitt auf. Die Düsennadel hat Kegelform, trägt schraubenförmige Nuten und ist an einem durch eine Stellschraube vorspannbaren elastischen Glied aufgehängt, von dem sie unter dem Einfluß des Brennstoffdrucks verstellt wird.The injection device that improves the invention employed, has a housing with an injection port of constant cross-section on. The nozzle needle has a conical shape, has helical grooves and is on one suspended by an adjusting screw pretensionable elastic member from which it is adjusted under the influence of the fuel pressure.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß allein das elastische Glied die Düsennadel einerseits in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck verstellt und andererseits mit dem Gehäuse verbindet.According to the invention, the device is designed so that only the elastic member adjusts the nozzle needle on the one hand depending on the fuel pressure and on the other hand connects to the housing.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das elastische Glied eine Aneroid-Dose, deren beide Stirnflächen je einen Ansatz tragen, in welchen je ein Kugelkopf gelagert ist, von denen einer mit dem Kegel und der andere mit der Stellschraube verbunden ist. Das freie Ende der Stellschraube steht über den Sockel des Gehäuses vor, wodurch die Justierung des Kegels ohne Zerlegung der Einspritzvorrichtung möglich ist. Diese Justierung kann bei eingebauter und in Betrieb befindlicher Einspritzvorrichtung vorgenommen werden.According to a preferred embodiment of the invention, the elastic member is a aneroid outlet whose both end faces each carrying a lug in which is mounted a respective ball head, one of which is connected with the cone and the other with the adjusting screw. The free end of the set screw protrudes from the base of the housing, which allows the cone to be adjusted without dismantling the injector. This adjustment can be made with the injection device installed and in operation.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, besonders die Einfachheit ihrer Konstruktion, gehen aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels hervor.Other features and advantages of the invention, particularly simplicity of their construction, go from the following description of one in the drawing The embodiment shown in longitudinal section emerges.

Wie die Zeichnung zeigt, besteht die Einspritzvorrichtung aus einem Befestigungssockel 1, einem Gehäuse 2 und einem beweglichen Einbauteil 13. As the drawing shows, the injection device consists of a fastening base 1, a housing 2 and a movable built-in part 13.

Der Befestigungssockel 1 weist eine Eintrittsöffnung 3 für die Flüssigkeit und eine hutförnüge Mutter 4 für die Stellschraube 5 des beweglichen Einbauteiles auf. Diese Mutter ist im Sockel eingebördelt. In ihren Seitenwänden sind Öffnungen 6 angebracht, deren Einlässe durch ein Filter 7 abgedeckt sind.The mounting base 1 has an inlet opening 3 for the liquid and a hat-fitting nut 4 for the adjusting screw 5 of the movable built-in part. This nut is crimped into the base. Openings 6 , the inlets of which are covered by a filter 7 , are provided in their side walls.

Ein Sitzring 8 und eine Einspritzdüse 9 sind an einem Ansatz des Gehäuses 2 durch Umbördeln befestigt. Die Düse 9 weist eine Kammer 10 und eine Einspritzöffnung 11 auf. Der Sockel 1 und das Gehäuse 2 sind miteinander verschraubt. Eine Dichtung 12 gewährleistet die Abdichtung der Stoßfuge.A seat ring 8 and an injection nozzle 9 are attached to a shoulder of the housing 2 by flanging. The nozzle 9 has a chamber 10 and an injection opening 11 . The base 1 and the housing 2 are screwed together. A seal 12 ensures the sealing of the butt joint.

Der bewegliche Teil besteht aus einem Kegel 13, der unter Zwischenschaltung einer Aneroid-Dose 14 von der Stellschraube 5 getragen wird. Dieser Kegel ist bereits in der französischen Patentschrift 1104 3 13 beschrieben. Er besteht im wesentlichen aus einem kegelstumpfförmigen Teil mit einem zylindrischen Ansatz. Die Kegelmantelfläche trägt schraubenförmige Nuten 15. Das äußere Profil des Kegels entspricht demjenigen des Sitzringes 8. Nur wenn der Kegel 13 auf seinem Ring 8 aufsitzt, berührt er das Gehäuse der Einspritzvorrichtung.The movable part consists of a cone 13 which is carried by the adjusting screw 5 with the interposition of an aneroid box 14. This cone is already described in French patent 1 104 3 13 . It consists essentially of a frustoconical part with a cylindrical extension. The outer surface of the cone has helical grooves 15. The outer profile of the cone corresponds to that of the seat ring 8. Only when the cone 13 is seated on its ring 8 does it touch the housing of the injection device.

Die Aneroid-Dose 14 ist zylindrisch. Sie trägt an ihren Stirnflächen Ansätze 16 und 17, in deren Inneren je ein am Kegel 13 befestigter Kugelkopf 18 bzw. ein das eine Ende der-. Stellschraube 5 bildender Kugelkopf 19 aufgenommen sind. Jeder der beiden Kugelköpfe ist in dem zugehörigen Ansatz durch eine Klammer 20 gehalten. Das andere Ende der Stellschraube 5 ist über das Gehäuse bzw. den Befestigungssockel 1 hinaus verlängert und kann nach der Einstellung des Kegels durch einen Splint 21 gesichert werden.The aneroid can 14 is cylindrical. It carries on its end faces lugs 16 and 17, in each of which a ball head 18 attached to the cone 13 or one end of the ball head. Adjusting screw 5 forming spherical head 19 are added. Each of the two ball heads is held in the associated attachment by a clamp 20. The other end of the adjusting screw 5 is extended beyond the housing or the fastening base 1 and can be secured by a split pin 21 after the cone has been set.

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung arbeitet folgendermaßen: Der Brennstoff tritt durch die Öffnung 3 im Sockel 1 ein, fließt durch die Löcher 6, nachdem er den Filter 7 passiert hat, dringt in die Kammer 22 mit der Dose 14 ein und läuft durch die schraubenförmigen Nuten des Kegels 13. Darin wird die Flüssigkeit in Rotation versetzt, bevor sie die Kammer 10 der Düse 9 erreicht. In dieser Kammer wird die Rotation durch die Konizität der Düse beschleunigt, und die Flüssigkeit wird, nachdem sie die Öffnung 11 passiert hat, ins Freie ausgestoßen, wo sie zerstäubt.The injection device according to the invention works as follows: the fuel enters through the opening 3 in the base 1 , flows through the holes 6 after having passed the filter 7 , enters the chamber 22 with the can 14 and passes through the helical grooves of the cone 13. The liquid is set in rotation therein before it reaches the chamber 10 of the nozzle 9 . In this chamber, the rotation is accelerated by the conicity of the nozzle, and the liquid, after it has passed the opening 11 , is expelled into the open, where it is atomized.

Die Regelung der Einspritzvorrichtung geschieht folgendermaßen: Wenn die Flüssigkeit unterhalb eines beliebig einstellbaren Drucks steht, sitzt der Kegel 13 auf seinem Ring 8 auf. In dieser Stellung ist der Durchtrittsquerschnitt für die Flüssigkeit durch die Differenz der Durchmesser am Kragen des Ringes 8 und am Grunde der schraubenförmigen Nuten 15 bestimmt. Wenn sich der Flüssigkeitsdruck oberhalb dieses Querschnitts erhöht, wird die Dose 14 zusammengedrückt und hebt dadurch den Kegel 13 gegenüber dem Kragen des Ringes 8 an, wobei der Durchtrittsquerschnitt für die Flüssigkeit vergrößert wird.The injection device is regulated as follows: When the liquid is below an arbitrarily adjustable pressure, the cone 13 rests on its ring 8 . In this position, the passage cross section for the liquid is determined by the difference between the diameters at the collar of the ring 8 and at the base of the helical grooves 15 . When the liquid pressure increases above this cross section, the can 14 is compressed and thereby lifts the cone 13 relative to the collar of the ring 8 , the passage cross section for the liquid being increased.

Am Kegel 13, dem einzigen beweglich geführten Teil, entsteht keine Reibung, da er sich unter der dynamischen Wirkung der Flüssigkeitsstrahlen, die in den spiralförmigen Nuten sowohl des zylindrischen als auch des konischen Teiles fließen, selbst zentriert. Die Selbstzentrierung, erleichtert durch die zylindrische Form der Dose 14, geschieht also hydraulisch ohne Berührung mit mechanischen Teilen.There is no friction on the cone 13, the only movably guided part, since it centers itself under the dynamic action of the liquid jets flowing in the spiral grooves of both the cylindrical and the conical part. The self-centering, facilitated by the cylindrical shape of the can 14, is done hydraulically without contact with mechanical parts.

Diese Selbstzentrierung ist schließlich auch durch das Fehlen jeder mechanischen Verzwängung des Kegels 13 möglich, weil seine Verbindung mit den anderen Teilen durch die Verwendung der beiden Kugelköpfe 18 und 19, die eine gelenkige Verbindung bilden, frei beweglich ist.This self-centering is finally also possible due to the lack of any mechanical compression of the cone 13 , because its connection with the other parts is freely movable through the use of the two ball heads 18 and 19, which form an articulated connection.

Schließlich ist die Zerstäubung unter besten Bedingungen gewährleistet durch die Aufrechterhaltung der Rotation derb Flüssigkeit im Bereich des Kragens der Drosselstelle, dann durch die sich verjüngenden Ab- messungen der Kammer 10 der Düse 9, wodurch sich die Verluste durch Flüssigkeitsreibung vermindern.Finally, the atomization is best conditions ensured by maintaining the rotation of crude liquid in the region of the collar of the throttle point, then through the tapered waste 10 measurements of the chamber of the nozzle 9, whereby the losses reduced by fluid friction.

Die Einstellvorrichtung zur Änderung des Durchsatzes erlaubt außerdem einen weiten Querschnittsbereich. Der Maximalquerschnitt ist abhängig vom Hub der Dose 14 und gleichfalls vom Konuswinkel zwischen dem Kegel 13 und seinem Sitz. Durch Veränderung dieser verschiedenen Variablen ist es möglich, Einspritzvorrichtungen zu schaffen, die extremen Werten des Durchsatzes und des Druckes wie auch des Verhältnisses zwischen ihnen angepaßt sind.The adjustment device for changing the throughput also allows a wide cross-sectional area. The maximum cross-section depends on the stroke of the can 14 and also on the cone angle between the cone 13 and its seat. By changing these various variables it is possible to create injectors which are adapted to extreme values of flow and pressure as well as the relationship between them .

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Injection device for liquid fuels, especially for gas turbines, in which the nozzle needle has a conical shape, carries screw-shaped grooves, is suspended from an elastic member that can be prestressed by an adjusting screw and is adjusted by this under the influence of the fuel pressure, characterized in that alone the elastic member (14) adjusts the nozzle needle (13) on the one hand as a function of the fuel pressure and on the other hand connects it to the housing (2) of the injection device.

2. Injection device according to claim 1, characterized by an aneroid can (14) as an elastic intermediate member. 3. Injection device according to claim 1, and 2, characterized in that the two end faces of the can (14) each carry a projection (16, 17) in each of which a ball head (18, 19) is mounted, one of which is connected to the Cone (13) and the other is connected to the adjusting screw (5) . 4. Injection device according to claim 1 to 3, characterized in that the free end of the adjusting screw protrudes beyond the base (1) of the housing (2). 5. Injection device according to claim 1 to 4, characterized by a hat-shaped nut (4 ) serving to accommodate the adjusting screw (5) , which is fastened in the fastening base (1) of the injection device and the side walls of which have openings (6) through which the fuel flows before it gets into the chamber (22) with the aneroid can (14).