DE1151152B - Combustion chamber for liquid fuels - Google Patents

Combustion chamber for liquid fuels

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DE1151152B
DE1151152B DEB59140A DEB0059140A DE1151152B DE 1151152 B DE1151152 B DE 1151152B DE B59140 A DEB59140 A DE B59140A DE B0059140 A DEB0059140 A DE B0059140A DE 1151152 B DE1151152 B DE 1151152B
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Germany
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combustion chamber
combustion
liquid fuels
coolant
annular gap
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DEB59140A
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German (de)
Inventor
Dipl-Ing Just Soehlemann
Dipl-Ing Karl Stoeckel
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Boelkow Entwicklungen KG
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Boelkow Entwicklungen KG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/62Combustion or thrust chambers
    • F02K9/64Combustion or thrust chambers having cooling arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08Cooling thereof; Tube walls

Description

Brennkammer für Flüssigtreibstoffe Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für Flüssigtreibstoffe, bei welcher die Komponenten Brennstoff und Sauerstoff bz-w. der Sauerstoffträger in ein und dieselbe Zone der Brennkammer eingespeist werden und bei welcher aus einem zwischen Brennkammerboden und Brennkammermantel ausgebildeten Ringspalt heraus an der Innenseite der Brennkammerwand ein Kühlmittel unter Drall entlanggeführt wird.Combustion chamber for liquid fuels The invention relates to a combustion chamber for liquid fuels, in which the components fuel and oxygen or. the oxygen carrier can be fed into one and the same zone of the combustion chamber and in which one formed between the combustion chamber bottom and the combustion chamber jacket Annular gap on the inside of the combustion chamber wall, a coolant under swirl is guided along.

Soweit Brennkammern mit einer Schleierkühlung der Brennkammerinnenwand bekannt sind, besitzen diese den Nachteil, daß der aus dem Ringspalt austretende Kühlmittelstrom nur in verhältnismäßig geringer Länge am Brennkammermantel anliegt und außerdem nur einen ungleichmäßigen Kühlmittelfilm bildet. Die Folge dieses ungleichmäßigen und verhältnismäßig kurzen Kühlmittelfilms sind Kühlungsschwierigkeiten mit einer unter Umständen zur Zerstörung der Brennkammer führenden örtlichen Erhitzung des Kammermantels. Um dies zu vermeiden, ist eine Anzahl von Brennkammern zusätzlich noch mit einer Außenkühlung versehen. Hierdurch wird jedoch einerseits das Gewicht der Brennkammern ungünstig beeinflußt und andererseits ein erhöhter technischer Aufwand erforderlich.So far combustion chambers with a curtain cooling of the combustion chamber inner wall are known, these have the disadvantage that the emerging from the annular gap Coolant flow rests on the combustion chamber jacket only in a relatively short length and also only forms an uneven coolant film. The consequence of this uneven and relatively short coolant films are cooling difficulties with a Local heating of the Chamber jacket. To avoid this, a number of combustion chambers are added still provided with external cooling. However, this increases the weight on the one hand the combustion chambers adversely affected and on the other hand an increased technical Effort required.

Andererseits sind auch Brennkammern bekanntgeworden, bei denen unter Vermeidung einer Außenkühlung dem Kühlmedium zwecks Erreichung eines sich über die ganze Brennkammerlänge erstreckenden Kühlmittelfilms vor seinem Eintritt in die Brennkammer eine Drallbewegung erteilt wird. Bei diesen Triebwerken handelt es sich jedoch einerseits um Feststofftriebwerke, und außerdem erfolgt die Drallerteilung dort durch schräggestellte Bohrungen in einem Führungsring für die Hülse um den Festtreibstoff. Entsprechend seiner Aufgabe als Führungsteil kann man aber bei dem Ring aus Festigkeitsgründen eine bestimmte untere Grenze für den gegenseitigen Abstand der Kühlmittelausflußbohrungen nicht unterschreiten. Das hat jedoch zur Folge, daß die spiralig über die Brennkammerinnenwand verlaufenden Kühhnittelstrahlen entweder keinen zusammenhängenden Kühlfilm erzeugen oder aber der Kühlfilm alsbald wieder aufreißt. Dieser Nachteil ist zwar bei Feststofftriebwerken insofern unerheblich, als die von den heißen Treibgasen betroffene Brennkammerinnenwand nur relativ kurz ist. Bei Brennkammern für Flüssigtreibstoffe mit einer relativ großen zu kühlenden Brennkammerlänge würde eine derartige Kühlung jedoch nicht ausreichen.On the other hand, combustion chambers have also become known where under Avoidance of external cooling of the cooling medium in order to achieve an over the entire length of the combustion chamber extending coolant film before its entry into the Combustion chamber is given a swirl movement. These engines are but on the one hand to solid propulsion, and also the swirl distribution takes place there through inclined holes in a guide ring for the sleeve around the Solid propellant. According to its role as a management part, however, one can use the Ring for reasons of strength a certain lower limit for the mutual distance of the coolant outflow holes. However, this has the consequence that either the coolant jets running spirally over the inner wall of the combustion chamber do not generate a coherent cooling film or the cooling film will be restored as soon as possible rips open. This disadvantage is insignificant in the case of solid fuel engines, than the inner wall of the combustion chamber affected by the hot propellant gases only for a relatively short time is. In combustion chambers for liquid fuels with a relatively large to be cooled However, such a cooling would not be sufficient in the combustion chamber length.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die geschilderten Nachteile vermieden sind. Insbesondere soll eine Brennkammer gemäß der Erfindung außer einem einfachen, funktionssicheren Gesamtaufbau einen dichten, bis in die gefährdeten Zonen reichenden Kühlmittelfilm besitzen, so daß unter Gewährleistung einer hohen Kühlwirkung eine zusätzliche Außenkühlung entbehrlich wird.The object of the invention is to provide a combustion chamber of the type mentioned at the beginning Kind to train so that the disadvantages are avoided. In particular is a combustion chamber according to the invention except for a simple, functionally reliable Overall structure a dense coolant film reaching into the endangered zones have, so that an additional external cooling is ensured while ensuring a high cooling effect becomes dispensable.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß die Drallerzeugung des Kühlmediums mittels im Ringspalt schräg angestellter Leitschaufeln erfolgt.A solution to this problem is achieved according to the invention by that the swirl generation of the cooling medium is inclined by means of the annular gap Guide vanes takes place.

Da sich derartige Leitschaufeln verhältnismäßig dünn gestalten lassen, so daß sie die Ausbildung eines zusammenhängenden Kühlschleiers nicht zu stören vermögen, ist bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Brennkammer somit im Gegensatz zu den bekannten Brennkammern sichergestellt, daß das Kühlmittel gleichmäßig und über eine ausreichende Länge an der Brennkammerinnenwand anliegt und außerdem eine vom Kühlmittel ungestörte Misch-und Verbrennungszone für die Komponenten Brennstoff und Sauerstoff erhalten bleibt. Erst nach Abschluß des Verbrennungsvorganges wird der Kühlmittelschleier von den Verbrennungsgasen verdampft, wobei die vollständige Verdampfung noch innerhalb der Brennkammer, d. h. vor Austritt der Verbrennungsgase, erfolgt.Since such guide vanes can be made relatively thin, so that they do not interfere with the formation of a coherent cooling curtain capacity is thus in contrast with a combustion chamber designed according to the invention to the known combustion chambers ensures that the coolant is uniform and rests against the inner wall of the combustion chamber over a sufficient length and also has a Mixing and combustion zone undisturbed by the coolant for the fuel components and oxygen is retained. Only after the end of the combustion process is the coolant curtain evaporates from the combustion gases, with the complete Evaporation still inside the combustion chamber, d. H. before the combustion gases escape, he follows.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel, der Erfindung näher gezeigt. Hieran sind die vorgenannten Vorteile näher erläutert.In the drawing, an embodiment of the invention is closer shown. The aforementioned advantages are explained in more detail here.

Die in einem Längsschnitt dargestellte Brennkammer besitzt ein mit 1 bezeichnetes, an sich bekanntes öleinspritz- und Zündsystem, welches im Brennkammerboden 2 eingeschraubt ist. Das mit 1 a bezeichnete Düsenteil des Einspritz- und Zündsystems ragt in den Brennkammerinnenraum 3 hinein und durchdringt hierbei einen in einem geringen Abstand vom Brennkammerboden 2 angeordneten Einspritzboden 4. Letzterer besitzt eine Anzahl von über die gesamte Fläche des Einspritzbodens verteilte und in axialer Richtung der Brennkammer verlaufende Bohrungen 4 a, durch welche der Sauerstoff in die Brennkammer eingespeist wird. Die Zuführung des Sauerstoffes erfolgt über eine Leitung 5, die am Brennkammerboden 2 angeschlossen ist.The combustion chamber shown in a longitudinal section has a known oil injection and ignition system, denoted by 1, which is screwed into the combustion chamber base 2. The nozzle part of the injection and ignition system designated by 1 a protrudes into the combustion chamber interior 3 and penetrates an injection base 4 arranged at a short distance from the combustion chamber base 2. The latter has a number of distributed over the entire area of the injection base and in the axial direction of the combustion chamber running bores 4 a, through which the oxygen is fed into the combustion chamber. The oxygen is supplied via a line 5 which is connected to the combustion chamber floor 2 .

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besitzt der Einspritzboden 4 ein in Achsrichtung der Brennkammer verlaufendes kragenförmiges Teil 4 b und einen Befestigungsflansch 4 c, mittels dessen der Boden 4 zwischen dem Brennkammerboden 2 und der Stirnseite des Brennkammermantels 7 befestigt ist. Die Befestigung ist hierbei so vorgenommen, daß zwischen dem kragenförmigen Teil 4 b und dem Brennkammermantel 6 ein Ringspalt entsteht, der in der Figur mit 7 bezeichnet ist. Durch diesen Ringspalt wird über eine Leitung S in den Brennkammerinnenraum 3 unter Druck ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, zugegeben, dem gemäß der Erfindung vor seinem Eintritt in die Brennkammer mittels im Ringspalt 7 schräg angestellter, über den ganzen Umfang des Ringspaltes in gleichem Abstand verteilter dünner Leitflächen bzw. Leitschaufeln 9 eine Drallbewegung erteilt wird. Hierdurch werden die eingangs genannten Vorteile erzielt. Durch die schräg angestellten Leitflächen 9 wird, wie bereits ausgeführt, dem in die Kammer 3 eintretenden Kühlmittel, z. B. Wasser, ein stabilisierter, spiralförmiger Weg vorgegeben, der in einer ausreichenden Länge und Dichte an der Innenwand der Brennkammer 6 anliegt.As can be seen from the drawing, the injection base 4 has a collar-shaped part 4 b extending in the axial direction of the combustion chamber and a fastening flange 4 c, by means of which the base 4 is fastened between the combustion chamber base 2 and the end face of the combustion chamber jacket 7. The fastening is carried out in such a way that an annular gap is formed between the collar-shaped part 4 b and the combustion chamber jacket 6, which is designated by 7 in the figure. Through this annular gap, a coolant, for example water, is added under pressure via a line S into the combustion chamber interior 3, which according to the invention is thinner prior to its entry into the combustion chamber by means of an inclined angle in the annular gap 7 distributed over the entire circumference of the annular gap at the same distance Guide surfaces or guide vanes 9 are given a swirl movement. The advantages mentioned at the beginning are achieved in this way. The inclined guide surfaces 9 , as already stated, the coolant entering the chamber 3, for. B. water, a stabilized, spiral-shaped path is given, which rests against the inner wall of the combustion chamber 6 in a sufficient length and density.

Die ungestörte Verbrennung der beiden Komponenten Öl und Sauerstoff erfolgt nach ihrer Entzündung in der Zone 10, während die Verdampfung des Wassers und die Vermischung des Wasserdampfes mit den Brenngasen im vorderen Brennkammerteil nahe des engsten Düsenquerschnittes erfolgen.The undisturbed combustion of the two components oil and oxygen takes place after their ignition in zone 10, while the evaporation of the water and the mixing of the water vapor with the combustion gases take place in the front part of the combustion chamber near the narrowest nozzle cross-section.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Brennkammer für Flüssigtreibstoffe, bei welcher die Komponenten Brennstoff und Sauerstoff bzw. der Sauerstoffträger in ein und dieselbe Zone der Brennkammer eingespeist werden und bei welcher aus einem zwischen Brennkammerboden und Brennkammermantel ausgebildeten Ringspalt heraus an der Innenseite der Brennkammerwand ein Kühlmittelstrom unter Drall entlanggeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallerzeugung des Kühlmediums mittels im Ringspalt (7) schrägangestellter Leitschaufeln (9) erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 763 962; USA.-Patentschriften Nr. 2 536 600, 2 526 219, 2522113. PATENT CLAIM: Combustion chamber for liquid fuels in which the components fuel and oxygen or the oxygen carrier are fed into one and the same zone of the combustion chamber and in which a coolant flow is swirled along the inside of the combustion chamber wall from an annular gap formed between the combustion chamber bottom and the combustion chamber jacket, characterized in that the cooling medium is swirled by means of guide vanes (9) which are inclined in the annular gap (7). References considered: British Patent No. 763,962; U.S. Patent Nos. 2,536,600, 2,526,219, 2522113.
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