DE1234449B - Ignition device for fuel-air mixtures in engines, especially gas turbine jet engines - Google Patents
Ignition device for fuel-air mixtures in engines, especially gas turbine jet enginesInfo
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- F02C7/264—Ignition
Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
F 02kF 02k
Deutsche Kl.: 46 g -16German class: 46 g -16
Nummer: 1234 449Number: 1234 449
Aktenzeichen: R 367941 a/46 gFile number: R 367941 a / 46 g
Anmeldetag: 13. Dezember 1963Filing date: December 13, 1963
Auslegetag: 16. Februar 1967Opened on: February 16, 1967
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündvorrichtung für Brennstoff-Luft-Gemische in Kraftmaschinen, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerken, mit einem katalytischen Element aus Platin oder Rhodium oder einer Platin-Rhodium-Legierung oder einem anderen katalytisch wirkenden Metall bzw. Legierung, das in Form von zylindrischen Foraminatrollen in einem sich durch die Masse eines Körpers aus feuerfestem Werkstoff erstreckenden Kanal gehaltert ist.The present invention relates to an ignition device for fuel-air mixtures in Power machines, in particular gas turbine jet engines, with a catalytic element made of platinum or rhodium or a platinum-rhodium alloy or another catalytically active metal or alloy, which is in the form of cylindrical foramina rolls in a through the mass of a Body of refractory material extending channel is supported.
Eine Zündvorrichtung dieser Art ist bekannt. Diese bekannte Zündvorrichtung gestattet es nicht, Zündzeiten von 1 oder 2 Sekunden bei Mach-Zahlen von etwa 0,5 und Temperaturen im Bereich von 350 bis 400° C zu erzielen, wenn das Brennstoff-Luft-Mengenverhältnis im Bereich von 0,005 bis 0,03 liegt. Bei den hohen Mach-Zahlen des die Zündvorrichtung durchströmenden Brennstoffgemisches sind die auftretenden Drücke, welche durch das nicht gezündete und das gezündete Brennstoffgemisch ausgeübt werden, außerordentlich hoch und führen in der Regel zu einer beträchtlichen Verminderung der Lebensdauer dieser Zündvorrichtung, was auf deren zu wenig hohe mechanische Festigkeit zurückzuführen ist.An ignition device of this type is known. This known ignition device does not allow ignition times of 1 or 2 seconds at Mach numbers of about 0.5 and temperatures in the range of 350 to To achieve 400 ° C when the fuel-air ratio is in the range of 0.005 to 0.03. at The high Mach numbers of the fuel mixture flowing through the ignition device are the ones that occur Pressures exerted by the ignited and ignited fuel mixture, extremely high and usually lead to a considerable reduction in service life this ignition device, which is due to their insufficient mechanical strength.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine wirkungsvolle katalytische Zündvorrichtung eingangs genannter Art zu schaffen, welche denjenigen hohen Drücken und Temperaturen einen ausreichenden mechanischen Widerstand entgegensetzen kann, die insbesondere in Gasturbinenstrahltriebwerken auftreten. The object of the invention is therefore to provide an effective catalytic ignition device of the type mentioned at the beginning To create a type that suffices for those high pressures and temperatures can oppose mechanical resistance, which occur in particular in gas turbine jet engines.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Zündvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Foraminatrollen in einer Vielzahl in ringförmiger Anordnung in dem Kanal mit einer zum Stromfluß parallelen Achse gehaltert sind und daß der Körper aus feuerfestem Werkstoff an seinem stromaufwärtsseitigen Ende eine Vielzahl von Öffnungen hat, welche unmittelbar in das Innere der Foraminatrollen führen.To solve this problem, the ignition device is characterized in that the foramina rollers in a plurality in an annular arrangement in the channel with one parallel to the flow of current Axis are supported and that the body made of refractory material on its upstream End has a multitude of openings which lead directly into the interior of the foramina rollers.
Um eine Vibration der Foraminatrollen weitgehend auszuschalten, stehen benachbarte Rollen zweckmäßig miteinander in Berührung. Unter Foraminatrollen sind mit Poren oder mit Durchbrechungen versehene Rollen zu verstehen, durch die das Brennstoff-Luft-Gemisch im wesentlichen ungehindert hindurchtreten kann.In order to largely eliminate vibration of the foramina rollers, it is useful to have adjacent rollers in contact with each other. Under foramina rolls are provided with pores or perforations Understand roles through which the fuel-air mixture pass essentially unhindered can.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Rollen im Querschnitt spiralförmig ausgebildet.In a preferred embodiment of the invention, the rollers are spiral-shaped in cross-section educated.
Die ringförmige Kammer für die Unterbringung der Rollen ist zweckmäßig gebildet zwischen der
Wandung eines zylindrischen Loches in der feuer-Zündvorrichtung für Brennstoff-Luft-Gemische
in Kraftmaschinen, insbesondere
GasturbinenstrahltriebwerkenThe annular chamber for accommodating the rollers is expediently formed between the wall of a cylindrical hole in the fire ignition device for fuel-air mixtures
in prime movers, in particular
Gas turbine jet engines
Anmelder:Applicant:
Rolls-Royce Limited,Rolls-Royce Limited,
Derby, Derbyshire (Großbritannien)Derby, Derbyshire (UK)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. F. Weickmann,Dipl.-Ing. F. Weickmann,
Dr.-Ing. A. Weickmann,Dr.-Ing. A. Weickmann,
Dipl.-Ing. H. WeickmannDipl.-Ing. H. Weickmann
und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,
München 27, Möhlstr. 22and Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, patent attorneys,
Munich 27, Möhlstr. 22nd
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Brian Toone, Littleover, Derby, Derbyshire;
Allan Michael Barham,
Mickleover, Derby, Derbyshire (Großbritannien)Brian Toone, Littleover, Derby, Derbyshire;
Allan Michael Barham,
Mickleover, Derby, Derbyshire (UK)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Großbritannien vom 14. Dezember 1962 (47 374)Great Britain 14 December 1962 (47 374)
festen Masse und einem konzentrisch in diesem zylindrischen Loch in der Masse angeordneten Stützzylinder. Diese Anordnung unterstützt die unmittelbare Einströmung des Brennstoff-Luft-Gemisches in die katalytische Zone.solid mass and a support cylinder arranged concentrically in this cylindrical hole in the mass. This arrangement supports the direct inflow of the fuel-air mixture into the catalytic zone.
Die katalytische Wirkung kann dadurch verbessert werden, daß der Stützzylinder gebildet ist von einemThe catalytic effect can be improved in that the support cylinder is formed by a
" Gewebe aus katalytischem Metall oder einer katalytisehen Legierung. Als ganz besonders geeignet zur Herstellung dieses Gewebes hat sich herausgestellt eine Legierung von Platin und Rhodium, wobei das Rhodium zwischen 10 und 30% der Legierung bildet."Catalytic metal or catalytic fabric Alloy. It has been found to be particularly suitable for the production of this fabric an alloy of platinum and rhodium, the rhodium making up between 10 and 30% of the alloy.
Die Stirnflächen der Rollen können durch stromaufwärtige und stromabwärtige Endplatten aus dem katalytischen Werkstoff abgedeckt sein, oder unmittelbar neben diesen Endplatten liegen.The end faces of the rollers can be removed by upstream and downstream end plates be covered catalytic material, or lie directly next to these end plates.
709 509/132709 509/132
Die stromaufwärtige Endplatte besteht zweckmäßig aus einem Platin-Rhodium-Gewebe; die stromabwärtige Endplatte kann auch eine aus einer Platinlegierung hergestellte Massivplatte sein.The upstream end plate expediently consists of a platinum-rhodium fabric; the downstream The end plate can also be a solid plate made from a platinum alloy.
Die Figuren erläutern die Erfindung. Es stellt darThe figures explain the invention. It shows
F i g. 1 einen Aufriß zweier erfindungsgemäßer Zündvorrichtungen für Kraftmaschinen,F i g. 1 is an elevation of two ignition devices according to the invention for engines,
F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,F i g. 2 shows a section along the line 2-2 of FIG. 1,
F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der F i g. 2. ίοF i g. 3 shows a section along line 3-3 of FIG. 2. ίο
Ein Körper 10 aus feuerfestem Werkstoff bildet Teile zweier gleicher Zündvorrichtungen 8 und 9 für Kraftmaschinen. Da diese beiden Vorrichtungen gleich sind, wird im folgenden nur eine derselben beschrieben. Der feuerfeste Werkstoff für den Körper 10 muß eine gute Hochtemperaturfestigkeit und ein gutes Verhalten unter Wärmestößen haben. Vorzugsweise werden als solche feuerfeste Werkstoffe für den Körper 10 Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder Kombinationen dieser Stoffe verwendet. Ein Strömungskanal 11 erstreckt sich durch den Körper 10 und ist entlang eines wesentlichen Teiles seiner Länge ausgeweitet, um so ein zylindrisches Loch 12 zu bilden.A body 10 made of refractory material forms parts of two identical ignition devices 8 and 9 for Power machines. Since these two devices are the same, only one of them will be discussed below described. The refractory material for the body 10 must have good high temperature strength and a behave well under thermal shock. Preferably, as such, refractory materials for the Body 10 uses silicon nitride, silicon carbide or combinations of these substances. A flow channel 11 extends through body 10 and is widened along a substantial portion of its length, so as to form a cylindrical hole 12.
In diesem zylindrischen Loch 12 und neben seinem Ende 13 befindet sich ein Ring 14 aus einem feuerfesten Werkstoff, wie z.B. aus siliziumfreiem Aluminiumoxyd. Der Rest des zylindrischen Loches 12 ist mit einer Büchse 15 aus feuerfestem Werkstoff, z. B. aus siliziumfreiem Aluminiumoxyd ausgelegt. Siliziumfreies Aluminiumoxyd wird benutzt, um Verschmutzung des Katalysators (im folgenden beschrieben) zu vermeiden.In this cylindrical hole 12 and next to its end 13 there is a ring 14 made of a refractory Material such as silicon-free aluminum oxide. The rest of the cylindrical hole 12 is with a sleeve 15 made of refractory material, for. B. designed from silicon-free aluminum oxide. Silicon-free aluminum oxide is used to prevent contamination of the catalytic converter (described below) to avoid.
Im zylindrischen Loch 12 sitzt ein auf den Strömungskanal 11 ausgerichteter Stützzylinder 16. Dieser Stützzylinder besteht aus einem Gewebe aus Platin-Rhodium-Legierung mit einem Rhodiumgehalt von 20%. Der Innendurchmesser des Stützzylinders 16 gleicht im wesentlichen dem Durchmesser des Strömungskanals 11 und ist von der Büchse 15 durch einen Ringraum getrennt.A support cylinder 16 aligned with the flow channel 11 is seated in the cylindrical hole 12 Support cylinder consists of a mesh made of platinum-rhodium alloy with a rhodium content of 20%. The inner diameter of the support cylinder 16 is essentially the same as the diameter of the flow channel 11 and is separated from the sleeve 15 by an annular space.
In diesem Ringraum befinden sich zehn zylindrische Foraminatrollen 20 aus Platin-Rhodium-Legierungsgewebe mit einem Rhodiumgehalt von 20%. Die Größe dieser zylindrischen Rollen 20 ist im Vergleich zur Größe des Ringraumes so gewählt, daß diese zylindrischen Rollen zwischen dem Stützzylinder 16 und der Büchse 15 festgehalten werden und jeweils mit der benachbarten Rolle 20 in Berührung stehen. Auf diese Art und Weise wird Vibrieren der zylindrischen Foraminatrollen 20 im Ringraum auf ein Mindestmaß beschränkt.In this annular space there are ten cylindrical foramina rollers 20 made of platinum-rhodium alloy fabric with a rhodium content of 20%. The size of these cylindrical rollers 20 is in comparison chosen for the size of the annular space so that these cylindrical rollers between the support cylinder 16 and the sleeve 15 are held and are in contact with the adjacent roller 20, respectively. In this way, vibration of the cylindrical foraminous rollers 20 in the annulus becomes on Minimum size limited.
Die offenen Stirnseiten der zylindrischen Foraminatrollen 20 werden durch eine stromaufwärtige PlatteThe open end faces of the cylindrical Foraminatrollen 20 are through an upstream plate
21 und eine stromabwärtige Platte 22 abgedeckt. Die stromaufwärtige Platte 21 ist eine ringförmige Platte aus einem Gewebe aus Platin-Rhodium-Legierung mit einem Rhodiumgehalt von 20%. Die stromabwärtige Platte 22 ist ein massiver Ring aus beispielsweise Platin-Rhodium-Legierung mit einem Rhodiumgehalt von 20%. Die stromabwärtige Platte21 and a downstream plate 22 are covered. The upstream plate 21 is an annular plate made of a fabric made of platinum-rhodium alloy with a rhodium content of 20%. The downstream Plate 22 is a solid ring made of, for example, a platinum-rhodium alloy with a Rhodium content of 20%. The downstream plate
22 kann aber auch aus irgendeiner anderen Platinlegierung bestehen, da sie keine katalytische Wirkung hat, muß jedoch imstande sein, hohen Umgebungstemperaturen zu widerstehen.22 can also consist of any other platinum alloy, since it has no catalytic effect has, however, must be able to withstand high ambient temperatures.
Der Körper 10 hat eine stromaufwärtige Endfläche 24, an welcher eine gelochte Platte 25 aus einem feuerfesten Werkstoff, wie beispielsweise aus siliziumfreiem Aluminiumoxyd befestigt ist. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist diese gelochte Platte 25 rechteckig und hat ein mittiges Loch 26 und sechs in gleichmäßigen Abständen vorgesehene Löcher 27. Die Löcher 27 befinden sich auf demselben Teilkreis wie die Mitten der zehn zylindrischen Foraminatrollen 20.The body 10 has an upstream end surface 24 on which a perforated plate 25 of a Refractory material such as silicon-free aluminum oxide is attached. As shown in FIG. 1 can be seen, this perforated plate 25 is rectangular and has a central hole 26 and six in uniform Spaced holes 27. The holes 27 are on the same pitch circle as the centers of the ten cylindrical foramina rollers 20.
Beim Einsatz liegt die Zündvorrichtung in einem aus Brennstoff und Luft bestehenden Gasstrom, der, in der Darstellung nach F i g. 2, von links nach rechts strömt. Das Brennstoff-Luft-Gemisch fließt durch das mittige Loch 26 und durch den Stützzylinder 16 und den Strömungskanal 11. Außerdem strömt das Brennstoff-Luft-Gemisch auch durch die sechs Löcher 27 und unmittelbar ins Innere der zylindrischen Foraminatrollen 20. Das Gemisch wird daher unmittelbar in die katalytische Zone neben diesen Foraminatrollen eingeleitet. Dann strömt das Brennstoff-Luft-Gemisch durch den Rest des Strömungskanals 11 und verläßt die Vorrichtung.When used, the ignition device is located in a gas stream consisting of fuel and air, which in the illustration according to FIG. 2, flowing from left to right. The fuel-air mixture flows through the central hole 26 and through the support cylinder 16 and the flow channel 11. In addition, the fuel-air mixture flows also through the six holes 27 and directly into the interior of the cylindrical foramina rolls 20. The mixture is therefore immediately in the catalytic zone next to these foramina rolls initiated. Then the fuel-air mixture flows through the rest of the flow channel 11 and leaves the device.
Beim Durchströmen durch die Zündvorrichtung wird das Brennstoff-Luft-Gemisch infolge der katalytischen Wirkung der Zündvorrichtung gezündet.When flowing through the ignition device, the fuel-air mixture is due to the catalytic Effect of the igniter ignited.
Wenn der Körper 10 für eine Nachverbrennungsanlage eines Gasturbinenstrahltriebwerks bestimmt ist, ist der Körper 10 mit Rillen 30 ausgestattet, mittels welcher es beispielsweise durch entsprechende Rippen an den Seiten eines nicht dargestellten Stabilisierungstroges in Stellung festgehalten wird.When the body 10 is intended for a gas turbine jet engine post-combustion system is, the body 10 is equipped with grooves 30, by means of which it is, for example, by corresponding Ribs on the sides of a stabilizing trough, not shown, is held in place.
Eine besonders erfolgreiche und wirkungsvolle Zündvorrichtung wurde hergestellt, wobei die Abmessungen derselben die folgenden ungefähren Werte hatten:A particularly successful and effective igniter was made, with the dimensions which had the following approximate values:
Länge der zylindrischen Foraminatrollen 20 19,505 mmLength of the cylindrical foramina rolls 20 19.505 mm
Durchmesser der zylindrischen Foraminatrollen 20 3,175 mmDiameter of the cylindrical foramina rolls 20 3.175 mm
Dicke der zylindrischen Foraminatrollen 20 0,254 mmThickness of the cylindrical foramina rolls 20 0.254 mm
Durchmesser des Strömungskanals 11 9,525 mm Diameter of the flow channel 11 9.525 mm
Dicke des Stützzylinders 16 0,508 mmThickness of the support cylinder 16 0.508 mm
Dicke der stromaufwärtigenThickness of the upstream
Platte 21 0,508 mmPlate 21 0.508 mm
Dicke der stromabwärtigen Platte 22 0,254 mmThickness of the downstream plate 22 0.254 mm
Durchmesser des mittigen Loches 26 4,250 mmDiameter of the central hole 26 4.250 mm
Durchmesser der sechs Löcher 27 .. 2,388 mmDiameter of the six holes 27 .. 2.388 mm
Innendurchmesser der Büchse 15 .. 19,050 mmInner diameter of the bush 15 .. 19.050 mm
Beim Prüfen der Vorrichtung mit den obengenannten Abmessungen und mit der beschriebenen Konstruktion stellte sich heraus, daß diese Vorrichtung bei Fluggeschwindigkeiten bis zu Mach 0,5 gute Resultate lieferte. Es läßt sich erwarten, daß solche Zündvorrichtungen sich für den Dauereinsatz von bis zu 6 Stunden eignen, und bis zu mindestens Mach 0,5 eine gute katalytische Wirkung aufweisen. Natürlich muß die Anordnung und Konstruktion der Teile nicht mit der oben beschriebenen identisch sein. So kann beispielsweise an Stelle des Gewebes aus Platin-Rhodium-Legierung für die oben beschriebenen Teile jedes andere Foraminatmaterial (poröses Material) aus Platin-Rhodium-Legierung verwendet werden; der Stützzylinder 16 kann aus 0,762 mm dickem Streckmetall bestehen. Einige mit einer Zündvorrichtung mit einem solchen Zylinder durchgeführte Versuche zeigten, daß solche Vorrichtungen bei Mach 0,5 bessere Ergebnisse ergaben und eine bessere mechanische Festigkeit hatten.When testing the device with the above dimensions and with the construction described This device was found to give good results at airspeeds up to Mach 0.5 delivered. It can be expected that such ignition devices will be suitable for continuous use of up to suitable for 6 hours, and have a good catalytic effect up to at least Mach 0.5. Naturally the arrangement and construction of the parts need not be identical to that described above. So can for example, instead of the fabric made of platinum-rhodium alloy for the parts described above any other foraminate material (porous material) made of platinum-rhodium alloy can be used; the support cylinder 16 can consist of 0.762 mm thick expanded metal. Some with an igniter Tests carried out with such a cylinder showed that such devices could operate at Mach 0.5 gave better results and had better mechanical strength.
Der Stützzylinder 16 kann auch aus massiver Platin-Rhodium-Legierung gebohrt und mit einer Vielzahl von in seine Seiten eingebohrten Löchern versehen sein. Bei dieser Anordnung kann eine Legierung mit 40% Rhodium benutzt werden, so daß sich die Festigkeit und der Schmelzpunkt des Zylinders erhöht, wobei aber andererseits die katalytische Wirksamkeit des Zylinders erniedrigt wird. Im allgemeinen hat sich herausgestellt, daß die besten Katalysatoren aus Platin-Rhodium-Legierungen mit Rhodiumgehalten von 10 bis 30% bestehen. Wie bereits erwähnt, läßt sich ein höherer Rhodiumgehalt benutzen, um die Festigkeit zu verbessern, aber dies geschieht nur auf Kosten der katalytischen Wirkung.The support cylinder 16 can also be made of a solid platinum-rhodium alloy drilled and provided with a plurality of holes drilled in its sides be. In this arrangement, an alloy with 40% rhodium can be used, so that the Strength and the melting point of the cylinder increased, but on the other hand the catalytic effectiveness of the cylinder is lowered. In general it has been found that the best catalysts consist of platinum-rhodium alloys with a rhodium content of 10 to 30%. As already mentioned, a higher content of rhodium can be used to improve strength, but it does so only at the expense of the catalytic effect.
In weiterer Abwandlung der oben beschriebenen Ausführung können die zylindrischen Foraminatrollen 20 so konstruiert sein, daß sie einen spiraligen Querschnitt haben.In a further modification of the embodiment described above, the cylindrical Foraminatrollen 20 be designed so that they have a spiral cross-section.
Claims (9)
Französische Patentschrift Nr. 1281054.Considered publications:
French patent specification No. 1281054.
Applications Claiming Priority (1)
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| GB4737462A GB948578A (en) | 1960-02-17 | 1962-12-14 | Improvements in or relating to catalytic igniters for combustion equipment |
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