DE1278181B - Device for purging the injection nozzle system of fuel supply systems for liquid rocket engines - Google Patents
Device for purging the injection nozzle system of fuel supply systems for liquid rocket enginesInfo
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Description
Einrichtung zum Spülen des Einspritzdüsensystems von Treibstoffversorgungsanlagen für Flüssigkeitsraketentriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Spülen des Einspritzdüsensystems von Treibstoffversorgungsanlagen für Flüssigkeitsraketentriebwerke mit einer oder mehreren Brennkammern, insbesondere für Flüssigkeitsraketentriebwerke in Hauptstrombauart mit einer Ringbrennkammer als Vorbrennkammer, in die über ihren Umfang verteilt Treibstoffeinspritzdüsen ragen, die über eine gemeinsame Ringleitung (Treibstoffringleitung) mit Treibstoff versorgt werden, der den Düsenmündungen jeweils über einen an der Treibstoffringleitung angeschlossenen Düsenkanal zuströmt, der in Strömungsrichtung des Treibstoffes gesehen durch ein Treibstoffrückschlagventil nach hinten abgesichert ist, wobei beim Abstellen des Triebwerkes unmittelbar nach Einspritzschluß das Einspritzdüsensystem über ein Spülsystem mit einem nichtbrennbaren Spülmittel, z. B. Stickstoff (N.), durchgespült wird, indem der Strömungsweg für das Spülmittel über als Rückschlagventile ausgebildete Spülmittelsteuerventile zu den Treibstoffeinspritzdüsen freigegeben wird.Device for flushing the injection nozzle system of fuel supply systems for liquid rocket engines The invention relates to a device for flushing the injection nozzle system of fuel supply systems for liquid rocket engines with one or more combustion chambers, especially for liquid rocket engines in the main flow design with an annular combustion chamber as a pre-combustion chamber, in the over their Fuel injection nozzles are distributed around the circumference and protrude over a common ring line (Fuel ring line) are supplied with fuel, each of the nozzle mouths flows in via a nozzle channel connected to the fuel ring line, which seen in the direction of flow of the fuel through a fuel check valve is secured to the rear, and when the engine is switched off immediately after Injection closure the injection nozzle system via a flushing system with a non-combustible one Washing-up liquid, e.g. B. nitrogen (N.), is flushed by the flow path for the flushing agent via flushing agent control valves designed as check valves the fuel injectors is released.
Beim Abschalten von mit flüssigem Brennstoff, z. B. Kerosin, und flüssigem Sauerstoff betriebenen Flüssigkeitsraketentriebwerken besteht die Gefahr, daß bei Förderschluß des flüssigen Brennstoffs heiße Brenngase aus der Brennkammer in die Brennstoffeinspritzdüsen zurückschlagen, wodurch diese beschädigt werden könnten. Eine noch wesentlich gefährlichere Folgeerscheinung beim Abschalten des Triebwerks liegt darin, daß bei bzw. nach Förderschluß ein unverbrannter Rest einer Treibstoffkomponente in der Brennkammer verbleibt, was beim Wiederanfahren des Triebwerks zu Explosionen oder zumindest zu Überhitzungen führen kann. Bei Raketentriebwerken in Hauptstrombauart, wo nach der Vorbrennkammer eine zum Antrieb von Hilfsaggregaten dienende Turbine läuft, die von den in der Vorbrennkammer erzeugten sauerstoffreichen heißen Gasen beaufschlagt wird, würde eine unzulässige Temperaturerhöhung zu lEtzeschäden des diesbezüglich empfindlichen Turbinenlaufrades führen. Um den angesprochenen Gefahren vorzubeugen, ist es, wie die deutsche Auslegeschrift 1143 061 zeigt, bereits bekannt, bei Komponentenförderschluß das Einspritzdüsensystem mit einem unbrennbaren Gas, wie Stickstoff (ND, durchzuspülen Dabei wird so verfahren, daß durch besondere Spülmittelzuführungsleitungen, die an die zwei Treibstoffversorgungsleitungen über zu diesen hin öffnende Rückschlagventile angeschlossen sind, nach Abschalten der Treibstofförderung Stickstoff in die Brennkammer eingeblasen wird. Aber auch diese an sich vorbeugende Maßnahme führt zu Komplikationen, und zwar deswegen, weil die in den Treibstoffversorgungsleitungen' noch'vorhandene, nicht unerhebliche Restmenge von Treibstoff mit bzw. durch das Spül- mittel und vor dieses in die Brennkammer eingetrieben wird. Bei Raketentriebwerken in Hauptstrombauart würde dieses Verfahren durch schwallartigen Eintrieb einer erhöhten Brennstoffmenge in die Vorbrennkammer zu Hitzeschäden an der hinter der Vorbren,nkammer laufenden Turbine führen.When switching off with liquid fuel, z. B. kerosene, and liquid oxygen-powered liquid rocket engines, there is a risk that when the delivery of the liquid fuel stops hot fuel gases from the combustion chamber in the fuel injection nozzles, which could be damaged. An even more dangerous consequence when the engine is switched off is that an unburned residue of a fuel component remains in the combustion chamber when the engine is switched off, which can lead to explosions or at least overheating when the engine is restarted. In the case of rocket engines of the main flow type, where after the pre-combustion chamber a turbine is used to drive auxiliary units and which is acted upon by the oxygen-rich hot gases generated in the pre-combustion chamber, an inadmissible increase in temperature would lead to ultimate damage to the sensitive turbine impeller. In order to prevent the dangers mentioned, it is already known, as the German Auslegeschrift 1 143 061 shows, to flush the injection nozzle system with a non-flammable gas such as nitrogen (LP) when the component is closed Fuel supply lines are connected via non-return valves that open towards them, after the fuel supply has been switched off, nitrogen is blown into the combustion chamber. But this preventive measure also leads to complications, because the not insignificant residual amount of Fuel is driven with or through the flushing agent and in front of it into the combustion chamber Lead turbine.
Ferner ist es nach der französischen Patentschrift 1404 885 bekannt, zentral am Brennkammerkopf ein einziges Umsteuerventil anzuschließen, dem die Aufgabe zufällt, bei Brennschluß die Brennstoffzufuhr zum Brennkammerkopf abzusperren und gleichzeitig den Weg für ein Spülmedium freizugeben. Auch bei dieser bekannten Einrichtung ist der nachteilige Umstand gegeben, daß nach Sperren des weiteren Brennstoffzuflusses durch das Umsteuerventil im Brennstoffleitungssystem des Brennkammerkopfes noch ein größeres Restvolumen an Brennstoff verbleibt, das dann vom Spülmedium in die Brennkammer schwallartig eingetrieben wird.It is also known from French patent specification 1 404 885 to connect a single reversing valve centrally to the combustion chamber head, which has the task of shutting off the fuel supply to the combustion chamber head when the fire is closed and at the same time clearing the path for a flushing medium. This known device also has the disadvantage that after the further flow of fuel has been blocked by the reversing valve in the fuel line system of the combustion chamber head, a larger residual volume of fuel remains, which is then driven into the combustion chamber like a surge by the flushing medium.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und eine Einrichtung zu schaffen, durch welche die vom Spülmedlum eingetriebene Restmenge an Brennstoff auf ein Minimum begrenzt wird. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß eine gesonderte Spülmittelleitung, in welcher die Spülmittelsteuerventile angeordnet sind, vorgesehen ist, wobei jeweils ein Spülmittelsteuerventil unmittelbar neben dem Anschluß der Treibstoffringleitung bzw. der Düsenkanalzulaufbohrungen am Düsenkanal einer jeden Treibstoffeinspritzdüse zu dieser hin öffnend angeordnet ist. In Ausgestaltung der Erfindung ist die Spülmittelleitung als Ringleitung ausgebildet.The invention is based on the disadvantages of the known To avoid explanations and to create a facility through which the Rinsing medium driven residual amount of fuel is limited to a minimum. The object is achieved in that a separate detergent line in which the flushing agent control valves are arranged, is provided, with one flushing agent control valve in each case directly next to the connection of the fuel ring line or the nozzle duct inlet holes arranged on the nozzle channel of each fuel injection nozzle opening towards this is. In an embodiment of the invention, the detergent line is as Ring line formed.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das hintere Ende des Düsenkanals zur Anordnung des Spüln-üttelsteuerventils zu einer Ventileinbaukammer erweitert. Ferner ist erfindungsgemäß zur Anordnung des Spülmittelsteuerventils ein besonderes Ventilgehäuse mit Ventilsitz vorgesehen, das zusammen mit dem Spülmittelsteuerventil koaxial zur Längsachse der Treibstoffeinspritzdüse bzw. des Düsenkanals gerichtet ist und dessen Innenraum unmittelbar mit der Spülmittelringleitung in Verbindung steht.The rear end of the nozzle channel is a further embodiment of the invention for the arrangement of the flushing control valve expanded to a valve installation chamber. Furthermore, according to the invention, a special feature is provided for the arrangement of the detergent control valve Valve housing provided with valve seat, which together with the detergent control valve directed coaxially to the longitudinal axis of the fuel injection nozzle or the nozzle channel is and its interior is directly connected to the flushing agent ring line stands.
Bei einer Ausbildung der einzelnen Einspritzdüsen derart, daß sie iin wesentlichen aus einem äußeren Düsenkörper, einem inneren Düsenkörper und aus einem innenliegenden Düsenkopfteil bestehen, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Ventileinbaukammer im hinteren Ende des inneren Düsenkörpers vorgesehen, wo dieser ein Innengewinde zur lösbaren Befestigung des mit einem Außengewinde versehenen Ventilgehäuses aufweist.When the individual injection nozzles are designed in such a way that they i essentially consists of an outer nozzle body, an inner nozzle body and off consist of an internal nozzle head part, is according to a further feature of the Invention, the valve installation chamber is provided in the rear end of the inner nozzle body, where this has an internal thread for releasable fastening of the one provided with an external thread Has valve housing.
Der Hauptvorteil der Erfindung, nämlich die Begrenzung der bei Brennschluß vom Spülmedium eingetriebenen Restmenge an Treibstoff bzw. Brennstoff auf ein Minimum, wird dadurch erreicht, daß jeder Treibstoffeinspritzdüse ein Spülmittelsteuerventil, an exponierter Stelle, unmittelbar zugeordnet ist, d. h. daß der Anschluß der Spülmittelleitung an die Treibstoffleitung in größter Nähe der Treibstoffeinspritzöffnungen erfolgt.The main advantage of the invention, namely the limitation of the residual amount of fuel or fuel driven in by the flushing medium in the event of a flame cut-out to a minimum, is achieved in that a flushing agent control valve is directly assigned to each fuel injection nozzle at an exposed point, i.e. H. that the connection of the flushing agent line to the fuel line takes place very close to the fuel injection openings.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine einzelne Treibstoffeinspritzdüse und deren Anordnung sowie den vorderen Bereich einer Brenukammer für ein Flüssigkeitsraketentriebwerk im Längsschnitt und F i g. 2 das Einspritzdüsen- und Spülsystein im Schema.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows a single fuel injection nozzle and its arrangement as well as the front area of a Brenu chamber for a liquid rocket engine in longitudinal section and FIG . 2 the injection nozzle and flushing system in the diagram.
Die in F i g. 1 gezeigte Brennkammer 1 ist als Ringbrennkammer ausgebildet und dient als Vorbrennkammer für ein sogenanntes Hauptstromraketentriebwerk, das außerdem eine der Vorbrennkammer nachgeschaltete Hauptbrennkammer (nicht gezeichnet) aufweist, wobei die in der Vorbrennkammer erzeugten sauerstoffreichen Treibgase eine Turbine (nicht gezeichnet) zum Antrieb von Hilfsaggregaten beaufschlagen. Vom in die Bremikammer IL ragen Treibstoffeinspritzdüsen 2, die in gleichen Abständen über den ganzen Umfang der Brennkammer 1 verteilt sind.The in F i g. Combustion chamber 1 shown in Fig. 1 is designed as an annular combustion chamber and serves as a pre-combustion chamber for a so-called main-flow rocket engine, which also has a main combustion chamber (not shown) downstream of the pre-combustion chamber, with the oxygen-rich propellant gases generated in the pre-combustion chamber acting on a turbine (not shown) to drive auxiliary units. Fuel injection nozzles 2 project from the brake chamber IL and are distributed at equal intervals over the entire circumference of the combustion chamber 1 .
Die Treibstoffeinspritzdüsen 2, im folgenden kurz Einspritzdüsen genannt, bestehen in der Hauptsache aus einem äußeren Düsenkörper 3, einem inneren Düsenkörper 4 und aus einem innenliegenden Düsenkopfteil 5. Vorn im äußeren Düsenkörper 3 befindet sich die Düsenmündung 6, hinter der sich ein Düsenvorraum bzw. Düsendrallraum 7 befindet, dem der Treibstoff T über tangefttiale oder radiale Bohrungen 8 (Düsenvorraumzulaufbohrungen) zugeführt wird, nach denen im Düsenvorraum besondere Dralleinrichtungen vorgesehen sind. Die Bohrungen 8 werden über einen zentralen Düsenkanal 9 gespeist, der in einen vorderen Düsenkanalteil 9a und in einen hinteren Düsenkanalteil 9b unterteilt ist. Ein federbelastetes Rückschlagventil 10 sichert den vorderen Düsenkanalteil 9 a, in Strömungsrichtung des Treibstoffes l' gesehen, nach hinten mechanisch ab und bewirkt, daß der Düsenmündung 6 Treibstoff nur ab einer bestimmten Druckhöhe zugeführt wird, wodurch eine gute ZerstäubungswiYkung erreicht wird. Außerdem wird durch die Ventile 10 praktisch ein gleichmäßiges öffnen aller Einspritzdüsen 2 garantiert, 'die durch eine Treibstoffringleitung 11 über radiale Düsenkanalzulaufbohrungen 12 und über die Düsenkanäle 9 mit Treibstoff T gespeist werden. Die Treibstoffringleitung 11 wird durch drei Treibstoffversorgungsleitungen 13 gespeist.The fuel injectors 2, hereafter called injectors, consist mainly of an outer nozzle body 3, an inner nozzle body 4 and 5. from an inner nozzle head part of the front of the outer nozzle body 3 is the nozzle opening 6, behind which a nozzle antechamber or nozzle swirl chamber 7 is located, to which the fuel T is fed via tangefttiale or radial bores 8 (nozzle vestibule inlet bores), according to which special swirl devices are provided in the nozzle vestibule. The bores 8 are fed via a central nozzle channel 9 which is divided into a front nozzle channel part 9a and a rear nozzle channel part 9b . A spring-loaded check valve 10 secures the front nozzle channel part 9 a, seen in the direction of flow of the fuel 1 ', mechanically to the rear and causes the nozzle opening 6 fuel is only supplied from a certain pressure level, whereby a good atomization force is achieved. In addition, the valves 10 guarantee practically uniform opening of all injection nozzles 2, which are fed with fuel T through a fuel ring line 11 via radial nozzle duct inlet bores 12 and via the nozzle ducts 9. The fuel ring line 11 is fed by three fuel supply lines 13.
Das hintere Ende des Düsenkanals 9 bzw. Düsenkanalteiles 9 b ist zu einer Ventileinbaukammer 14 erweitert, die vom hinteren Ende des inneren Düsenkörpers 4 umschlossen wird, wo ein Innengewinde 15 vorgesehen ist. Dieses dient zum Einschrauben eines Ventilgehäuses 16, das zu diesem Zweck ein Außengewinde 17 aufweist. Im Ventilgehäuse 16 ist ein als Rückschlagventil ausgebildetes, durch eine Feder 18 belastetes Spülmittelsteuerventil 19 eingebaut, das nur in Richtung zum Düsenkanal 9 bzw. zum Düsenkanalteil 9 b hin öffnet, in Gegenrichtung jedoch durch Auflage auf seinen Sitz 20 geschlossen ist. Der Innenraum 21 eines jeden Ventilgehäuses 16 ist an eine gemeinsame Spülmittelringleitung 22 angeschlossen, die über z, B. drei Spülmittelversorgungsleitungen 23 mit Spülmittel N gespeist wird, Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende: Während des Betriebes des Triebwerkes bzw. der Brennkammer 1 spritzen die Düsen 2 Treibstoff T in fein zerstäubter Form in die Brennkammer 1 ein. Gleichzeitig wird der Brennkammer 1 über einen das vordere Düsenende umgebenden Ringschlitz 24 Sauerstoff 0 zugeführt. Der Druck des Treibstoffes T im Düsenkanal 9 bzw. Düsenkanalteil 9 b hält das Spülmittelsteuerventil 19 geschlossen. Beim Abstellen des Triebwerkes, wobei die Treibstoffzufuhr durch Auslaufen der Treibstofförderpumpen aufhört, wird gleichzeitig ein nichtbrennbares Spül- mittel N, z. B. Stickstoff N., über die Leitungen 23, 22, den Innenraum 21 und die Spülmittelsteuerventile 19 in die Düsenkanäle 9 eingefördert, und letztere werden unter öffnung der Ventile 10 bis zu den Düsenmündungen 6 durchgespült, so daß jeglicher Treibstoff aus den Düsen 2 bzw. Düsenkanälen 9 ausgetrieben wird. Natürlich wird auch ein Teil des SpülmitteIs N über die Düsenkanalzulaufbohrungen 12 zum Teil in die Treibstoffringleitung 11 eindringen. Das Eindringen einer erheblichen Spülmittelmenge in die Treibstoffringleitung 11 und die Versorgungsleitungen 13 wird aber durch die in diesen Leitungen noch befindfiche Trelbstoffrestmenge verhindert. Außerdem besteht die Möglichkeit, in den Versorgungsleitungen 13 Rückschlagventile vorzusehen, die nur in Strömungsrichtung des Treibstoffes T öffnen.The rear end of the nozzle channel 9 or nozzle channel part 9 b is expanded to form a valve installation chamber 14 which is enclosed by the rear end of the inner nozzle body 4, where an internal thread 15 is provided. This is used to screw in a valve housing 16, which has an external thread 17 for this purpose. In the valve housing 16 , a non-return valve designed as a spring 18 loaded flushing agent control valve 19 is installed, which opens only in the direction of the nozzle channel 9 or the nozzle channel part 9 b , but is closed in the opposite direction by resting on its seat 20. The interior 21 of each valve housing 16 is connected to a common detergent ring line 22, which, as is three detergent supply lines 23 fed with detergent N on z, the operation of the invention is the following: During operation of the engine or the combustion chamber 1 spray nozzles 2 fuel T in finely atomized form into the combustion chamber 1 . At the same time, oxygen 0 is supplied to combustion chamber 1 via an annular slot 24 surrounding the front end of the nozzle. The pressure of the fuel T in the nozzle channel 9 or nozzle channel part 9 b keeps the flushing agent control valve 19 closed. When the engine is switched off, the fuel supply being stopped by the fuel pumps running out, a non- flammable flushing agent N, e.g. B. nitrogen N., fed through the lines 23, 22, the interior 21 and the detergent control valves 19 in the nozzle channels 9 , and the latter are flushed through opening of the valves 10 to the nozzle orifices 6 , so that any fuel from the nozzles 2 or . Nozzle channels 9 is driven out. Of course, some of the flushing agent N will also partially penetrate into the fuel ring line 11 via the nozzle channel inlet bores 12. The penetration of a considerable amount of detergent into the fuel ring line 11 and the supply lines 13 is prevented by the residual amount of waste material still in these lines. In addition, there is the possibility of providing check valves in the supply lines 13 which only open in the direction of flow of the fuel T.
Durch das Spülen wird jede weitere Förderung von Treibstoff in die Brennkammer 1 unterbunden, und es wird hierdurch beim Abstellen des Triebwerkes nur noch die sehr geringe, in den Düsenkanälen 9 der einzelnen Einspritzdüsen 2 befftidliche Treibstoffmenge mit in die Brennkammer 1 eingetrieben, wobei >diese Restinenge in keiner Weise imstande ist, die Temperatur der Brennkammer zu erhöhen oder hierin ein explosibles Gemisch zu erzeugen; im Gegenteil, durch die Erfindung wird praktisch eine schlagartige Löschung det Brennkammer erreicht.The flushing prevents any further delivery of fuel into the combustion chamber 1 , and when the engine is switched off, only the very small amount of fuel in the nozzle channels 9 of the individual injection nozzles 2 is driven into the combustion chamber 1 , with> this residual amount is in no way able to raise the temperature of the combustion chamber or create an explosive mixture therein; on the contrary, a sudden extinction of the combustion chamber is practically achieved by the invention.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1966B0089701 DE1278181B (en) | 1966-11-05 | 1966-11-05 | Device for purging the injection nozzle system of fuel supply systems for liquid rocket engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1966B0089701 DE1278181B (en) | 1966-11-05 | 1966-11-05 | Device for purging the injection nozzle system of fuel supply systems for liquid rocket engines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1278181B true DE1278181B (en) | 1968-09-19 |
Family
ID=6984890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1966B0089701 Withdrawn DE1278181B (en) | 1966-11-05 | 1966-11-05 | Device for purging the injection nozzle system of fuel supply systems for liquid rocket engines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1278181B (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2689453A (en) * | 1952-12-11 | 1954-09-21 | Esther C Goddard | Tangential sheet cooling of internal-combustion chambers |
| FR1166217A (en) * | 1957-02-09 | 1958-11-04 | Soc Et Propulsion Par Reaction | Turbo-pump assembly |
| DE1143061B (en) * | 1960-12-07 | 1963-01-31 | United Aircraft Corp | Rocket engine with flushing device for the propellant lines and combustion chamber |
| FR1404885A (en) * | 1964-08-11 | 1965-07-02 | Bristol Siddeley Engines Ltd | Shut-off valve controlling the supply to rocket engine burners |
-
1966
- 1966-11-05 DE DE1966B0089701 patent/DE1278181B/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |