DE1751825A1 - Ignition device, especially for gas turbine engines - Google Patents
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Description
ROTAX LIMITED 1. August I968ROTAX LIMITED August 1, I968
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Willesden, London / England 1751825Willesden, London / England 1751825
Zündvorrichtung, insbesondere für GasturbinentriebwerkeIgnition device, in particular for gas turbine engines
Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung, insbesondere für Gasturbinentriebwerke, zum Zünden eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Brennkammer.The invention relates to an ignition device, in particular for gas turbine engines, for igniting a fuel-air mixture in a combustion chamber.
Bekannte Zündovrrichtungen für Gasturbinen arbeiten gewöhn lich mit elektrischen Zündern, deren Zündtemperatur aber in Anbetracht der Notwendigkeit einer Gewichtsbegrenzung begrenzt ist.Known ignition devices for gas turbines usually work with electric igniters, but their ignition temperature is limited in view of the need for a weight limit.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den vorerwähnten Nachteil zu beheben und eine Zündvorrichtung zu schaffen, deren Aufbau einfach und zweckmäßig ist.The object on which the invention is based is to remedy the aforementioned disadvantage and to provide an ignition device to create, the structure of which is simple and functional.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine im Brennstoffstrom liegende Blende und eine im Bereich des aus der Blendenöffnung austretenden Brennstoffstrahls liegende Prallplatte, ferner durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines axial sich bewegenden, ringförmigen Stroms primärer Luft um den Brennstoffstrahl und ein Zündaggregat für das Brennstoff-Luft-Gemisch.The invention is characterized by one in the fuel stream lying diaphragm and one lying in the area of the fuel jet emerging from the diaphragm opening Baffle plate, further by a device for generating an axially moving, annular flow primary Air around the fuel jet and an ignition unit for the fuel-air mixture.
Vorzugsweise ist das Zündaggregat durch ein ringförmig gewickeltes, elektrisches Heizelement gekennzeichnet, das innerhalb des Primärluftstroms und zwischen der Blende und der Prallplatte angeordnet ist.The ignition unit is preferably characterized by an electrical heating element wound in a ring, which is arranged within the primary air flow and between the diaphragm and the baffle plate.
Br/Tn. - 2 -Br / Tn. - 2 -
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Vorteilhafterweise wird die durch die Zündung des Gemisches entstandene Flamme vor Eintritt in die eigentliche Brennkammer durch in Strömrichtung kurz hinter der Prallplatte angeordnete Einrichtungen stabilisiert.Advantageously, the flame created by the ignition of the mixture before it enters the actual combustion chamber by means of devices arranged just behind the baffle plate in the direction of flow stabilized.
Diese Einrichtungen können zweckmäßigerweise entweder aus ringförmig in der Hülse und gleichmäßig über ihren Umfang angeordnete Bohrungen bestehen, durch welche ein stabilisierender Luftstrom erzielt wird, oder, wie in einer anderen Ausführungsform zweckmäßig dargestellt ist, aus einer Mehrzahl von der Hülsenwand nach innen gerichteten Stäben bestehen. Zweckmäßigerweise erfolgt die Zündung des Zündgemisches in einer Kammer, die durclyeine das Heizelement und die Prallplatte umgebende Hülse entsteht, die einen die Prallplatte tragenden Halter aufweist. Das Heizelement ist an einer zylindrischen Halterung befestigt, die unter Bildung eines ringförmigen Spaltes in die Hülse hineinragt. Mittels dieses ringförmigen Spaltes, in dessen Bereich die Hülse Bohrungen aufweist, wird ein sich axial bewegender, primärer Luftstrom erzeugt, der sich mit dem zerstäubten Brennstoff mischt und das zündfähige Gemisch bildet.These devices can expediently either be annular in the sleeve and evenly across there are holes arranged around its circumference, through which a stabilizing air flow is achieved, or, as expedient in another embodiment is shown, consist of a plurality of rods directed inwardly from the sleeve wall. Appropriately the ignition of the ignition mixture takes place in a chamber, which by means of the heating element and the baffle plate surrounding sleeve is created, which has a holder carrying the baffle plate. The heating element is attached to a cylindrical holder which forms an annular gap in the sleeve protrudes. By means of this annular gap, in the area of which the sleeve has bores, is creates an axially moving, primary air stream that mixes with the atomized fuel and that forms an ignitable mixture.
Die Hülse ist vorzugsweise in einer Bohrung eines Gehäuses so angeordnet, daß zwischen ihr und dem Gehäuse eine ringförmige Kammer verbleibt, in deren Bereich das Gehäuse öffnungen aufweist, durch welche der Zündvorrichtung die für das Zündgemisch und zum Stabilisieren der Flamme notwendige Luft zugeführt wird.The sleeve is preferably arranged in a bore of a housing so that between it and the Housing an annular chamber remains, in the area of which the housing has openings through which the ignition device is supplied with the air necessary for the ignition mixture and for stabilizing the flame.
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Yorteilhalterweise ist die Bohrung abgestuft, wobei in ihrem weiteren Teil einlaßseitig ein Druckstutzen eingesetzt und durch eine Mutter im Gehäuse festgenalten ist und in ihrem engeren Teil die Hülse und die Halterung angeordnet sind, deren Plansche im weiteren Teil der Bohrung gehalten sind.In some cases, the bore is stepped, with a pressure port in its further part on the inlet side inserted and fastened by a nut in the housing is and in its narrower part, the sleeve and the holder are arranged, the pool in the further Part of the bore are held.
Die zur Erzeugung des BrennstoffStrahls notwendige Blende is-t vorzugsweise im Druckstutzen angeordnet.The necessary to generate the fuel jet The orifice plate is preferably arranged in the pressure port.
Zweckmässigerweise weist das Gehäuse auslaßseitig einen verengten Querschnitt auf, der in die eigentliche Brennkammer der Gasturbine hineinragt.The housing expediently has on the outlet side a narrowed cross section which protrudes into the actual combustion chamber of the gas turbine.
In der Zeichnung ist ein in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung dargestellt. Es zeigen :An exemplary embodiment explained in more detail in the following description is shown in the drawing of the invention shown. Show it :
Fig.l den Gegenstand der Erfindung im Längsschnitt,Fig.l the object of the invention in longitudinal section,
" 2 eine Abänderung eines Teils des Gegenstandes nach Eig.l und"2 a modification of part of the object according to Eig.l and
n 3 den Gegenstand im eingebauten Zustand im Verbrennungsraum einer Gasturbine. n 3 the object in the installed state in the combustion chamber of a gas turbine.
Wie in Fig.l der Zeichnung dargestellt, besitzt die Zündvorrichtung ein zylindrisches Gehäuse 10, welches an seiner Aussenfläche mehrfach abgestuft ist. Der schmalere Teil des Gehäuses 10 weist in der Nähe der ersten Abstufung ein Schraubengewinde auf, mittels welchem das Gehäuse 10 in einen mit einem Gewinde versehenen Sockel 11 einaohraubbar ist. Im eingebauten Zustand ragt das Gehäuse 10 mit seinem schmaleren EndeAs shown in Fig.l of the drawing, has the Ignition device a cylindrical housing 10, which is stepped several times on its outer surface. Of the The narrower part of the housing 10 has a screw thread in the vicinity of the first step, by means of which the housing 10 can be screwed into a threaded base 11. In the built-in State protrudes the housing 10 with its narrower end
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in die Brennkammer, in welcher sich das zu zündende Luft-Brennstoff-Gemiech befindet. Wie in Fig.3 dargestellt, wird der Sockel 11 von einem auseen liegenden Rohr 12 der Brennkammer getragen, deren Wand mit 13 bezeichnet ist.into the combustion chamber, in which the air-fuel mixture to be ignited is located. As shown in Figure 3, the base 11 is supported by an external pipe 12 of the combustion chamber, the wall of which is denoted by 13.
Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich eine abgestufte Bohrung 14, deren gröaserer Durohmesser im Bereich des grosseren Durchmessers des Gehäuses 10 liegt. Der Teil der Bohrung 14 mit dem kleineren Durchmesser endet in einem gedrosselten Auslass 15, durch welchen die Zündflamme in die Brennkammer eintritt. Ferner befinden sich in dem Teil des Gehäuses mit dem kleineren Durohmesser zwischen seinem Ende und dem das Schraubengewinde aufweisenden Teil ringförmige angeordnete Lufteinlassöffnungen 16, die in den βohmaleren Teil der Bohrung 14 führen.Inside the housing 10 is a stepped bore 14, the larger Durohmesser in Area of the larger diameter of the housing 10 is located. The part of the hole 14 with the smaller one The diameter ends in a throttled outlet 15 through which the pilot flame enters the combustion chamber. Furthermore, there are in the part of the housing with the smaller Durohmesser between its end and the portion having the screw thread annularly arranged air inlet openings 16, which in the βohmaleren part of the bore 14 lead.
In dem schmaleren Teil der Bohrung 14 befindet sich eine Hülse 17, die an einem Ende einen nach aussen gerichteten Flansch 18 besitzt, der in den Teil der Bohrung 14 mit dem grosseren Durohmesser angeordnet ist. Die Hülse 17 reicht bis in die Nähe des Auslasses 13, und ihr Aueeendurohaeseer let kleiner als der Durohmesser des engeren feile der Bohrung 14» wo durch eine ringförmige Kammer 19 entsteht, dir durch die Öffnungen 16 Luft zugeführt wird. Das Ende der Kammer 19 1st in der ffähe des Endes des engeren Teils der Bohrung 14 durch einen Flansch verschlossen ,der innen an der Wand der Bohrung 14 verläuft. Duroh diesen Flansch wird die Hülse 17 auseerdem in dem engeren Teil der Bohrung 14 gehalten. Der Burohmesser des Flansches 18 der Hülse 17 entspricht dem V In the narrower part of the bore 14 there is a sleeve 17 which at one end has an outwardly directed flange 18 which is arranged in the part of the bore 14 with the larger diameter. The sleeve 17 extends as far as the vicinity of the outlet 13, and its outer endurohaeseer is smaller than the diameter of the narrower file of the bore 14, where an annular chamber 19 creates air through the openings 16. The end of the chamber 19 is closed in the vicinity of the end of the narrower part of the bore 14 by a flange which runs on the inside of the wall of the bore 14. Through this flange, the sleeve 17 is also held in the narrower part of the bore 14. The office knife of the flange 18 of the sleeve 17 corresponds to the V
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Durchmesser des weiteren Teils der Bohrung 14, so dass die Hülse 17 an beiden Enden einen festen Sitz hat.Diameter of the further part of the bore 14, so that the sleeve 17 has a tight fit at both ends.
In der Wand der Hülse 17 ist in der Nähe des !Flansches eine erste Reihe von Öffnungen 20 angeordnet. Eine zweite Reihe von öffnungen 21 befindet sich halbwegs in der Mitte zwischenden Enden der Hülse 17. Die Öffnungen 20 der ersten Reihe sind grosser als die Öffnungen 21 der zweiten Reihe. Zwischen den Öffnungen und den Öffnungen 21 ist iη der Nähe der Öffnungen 21 eine Prallplatte 22 angeordnet. Die Prallplatte 22 verläuft in Strömrichtung kegelförmig und ist mittels eines dicken Drahtes, der als Halter 25 ausgebildet ist, derart angeordnet, dass ihre fläche senkrecht zur Längsachse des Zünders verläuft. Die Aufgabe der Prallplatte 22 wird später näher erläutert. Die Hülse 17, zusammen mit ihrem Plansch 18, ist aus Metall. In die Hülse 17 ragt eine zylinderförmige Halterung 24» die einen in dem weiteren Teil der Bohrung 14 sitzenden Plansch besitzt. Die Halterung 24 ist mit einer aus einem keramischen Material hergestellten Ausfütterung 24a versehen, deren ringförmige Endfläche» konkav ist und ein ringförmig gewickeltes,elektrisches Heizelement 25 trägt. Der Aussendurchmesser der Halterung 24 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 17, so dass ein mit den.Öffnungen 20 in Verbindung stehender ringförmiger Spalt/entsteht. Die Anschlüsse für das Heizelement 25 werden jeweils durch langgestreckte Kanäle geführt, die in der Ausfütterung 24a angeordnet sind. Die Anschlüsse sind entsprechend mit dem Gehäuse 10 und einem elektrischen Ansohlussteil verbunden.In the wall of the sleeve 17 is near the flange a first row of openings 20 is arranged. A second row of openings 21 is located halfway midway between the ends of the sleeve 17. The openings 20 of the first row are larger than the openings 21 of the second row. Between the openings and the openings 21 is in the vicinity of the openings 21 a baffle plate 22 is arranged. The baffle plate 22 runs conically in the direction of flow and is means a thick wire, which is designed as a holder 25, arranged such that its surface is perpendicular runs to the longitudinal axis of the detonator. The task of the baffle plate 22 will be explained in more detail later. The sleeve 17, together with their splash 18, is made of metal. A cylindrical holder 24 protrudes into the sleeve 17 has a splash seated in the further part of the bore 14. The bracket 24 is made with one a lining 24a made of a ceramic material, the annular end face of which is »concave and an annularly wound electrical heating element 25 carries. The outside diameter of the bracket 24 is somewhat smaller than the inner diameter of the sleeve 17, so that a with the openings 20 in connection annular gap / arises. The connections for the heating element 25 are each elongated Channels out, which are arranged in the lining 24a. The connections are corresponding with the housing 10 and an electrical Ansohlusseil connected.
Das elektrische Ansohlussteil besitzt eine metallene,The electrical connection part has a metal,
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ringförmige Lochscheibe 26, die eine mit ihr einstückig hergestellte Klemme 27 aufweist. Die Klemme ragt durch eine öffnung, die in einer ersten hitzebeständigen, isolierenden Dichtungsscheibe 28 vorgesehen ist, die verschiebbar zwischen dem Flansch der Halterung 24 und einem Druckstutzen 29 in dem weiteren Teil der Bohrung 14 angeordnet ist. Ferner sind ein Paar dünnere, hitzebeständige, isolierende Dichtungsscheiben 30 vorgesehen, die an den entgegengesetzten Seiten der Lochscheibe 26 angeordnet sind, und die innerhalb der Dichtungsscheibe 28 befestigt sind. Zwischen dem Druckstutzen 29 und der angrenzenden Dichtungsscheibe 30 ist einer der Anschlüsse des Heizelemente 25 eingeklemmt. Der andere Anschluss ist zwischen der Lochscheibe 26 und der anderen Dichtungsecheibe 30 festgeklemmt. Der Druckstutzen 29 ist aus Metall und wird durch eine mit einem Aussengewinde versehene Mutter 31 in dem weiteren Teil der Bohrung 14 des Gehäuses 10 festgehalten. Die Mutter 31 sitzt in einem mit einem entsprechenden Gewinde versehenen Stück des weiteren !Teils der Bohrung 14.annular perforated disk 26 which has a clamp 27 made in one piece with it. the clamp protrudes through an opening which is provided in a first heat-resistant, insulating sealing washer 28, which is slidable between the flange the holder 24 and a pressure port 29 is arranged in the further part of the bore 14. Further For example, a pair of thinner, heat-resistant, insulating sealing washers 30 are provided, which are arranged on the opposite sides of the perforated plate 26 and which are fastened within the sealing washer 28. Between the pressure port 29 and the Adjacent sealing washer 30, one of the connections of the heating element 25 is clamped. The other The connection is clamped between the perforated disk 26 and the other sealing disk 30. The pressure port 29 is made of metal and is through a with a Externally threaded nut 31 in the further Part of the bore 14 of the housing 10 held. The nut 31 sits in one with a corresponding one Threaded piece of the further! Part of the bore 14.
Mit dem Druckstutzen 29 einstückig hergestellt ist ein Schaft 32, der an seinem freien Ende einen Brennstoff einlass aufweist. Der Schaft 32 ist hohl und weist eine abgestufte Bohrung 33 auf. In der Nähe der ( Stufe befindet sich eine kreisförmige Blendenscheibe 34, in deren Mitte sich eine Blendenöffnung befindet. In Strömrichtung vor der Blendensoheibe 34 befindet sich ein Filterkörper 35, der mit einer Befestigungsmutter verbunden ist, welche die Blendensoheibe 34 auf ihren ,, Sitz drückt.Manufactured in one piece with the pressure port 29 is a shaft 32 which has a fuel inlet at its free end. The shaft 32 is hollow and has a stepped bore 33. In the vicinity of the ( step, there is a circular diaphragm disc 34 with a diaphragm opening in the middle. In the direction of flow in front of the diaphragm base 34 there is a filter body 35 which is connected to a fastening nut which presses the diaphragm base 34 onto its seat .
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Während des Betriebs wird dem Zünder durch den Druckstutzen 29 flüssiger Brennstoff unter Druck zugeführt. Ein Brennstoffstrahl tritt aus der Blendenöffnung der Blende 34 aus und trifft auf die Prallplatte 22. Beim Auftreffen auf die Prallfläche zerstäubt der BrenEtoff in radialer Richtung und vermischt sich mit der Primär-Luft, die aus dem ringförmigen Spalt/zwischen der Halterung 24 und der Hülse 17 austritt. Die Luftgelangt durch die öffnungen 2o in den ringförmigen Spalty. Einige Brennstofftröpfchen prallen gegen das Heizelement 25 und entzünden sich dabei. Die Flamme dringt durch den Auslaß 15 und entzündet das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer. Die durch die Öffnungen 21 eintretende Luft wirkt auf die Flamme stabilisierend.During operation, liquid fuel is fed under pressure to the igniter through the pressure port 29. A fuel jet emerges from the aperture opening of the aperture 34 and strikes the baffle plate 22. When When it hits the impact surface, the fuel atomises in a radial direction and mixes with the primary air, which emerges from the annular gap / between the holder 24 and the sleeve 17. The air comes through the openings 2o in the ring-shaped Spalty. Some fuel droplets impact against the heating element 25 and ignite in the process. The flame penetrates through outlet 15 and ignites the fuel-air mixture in the combustion chamber. The air entering through the openings 21 acts stabilizing on the flame.
Bei der in Fig. 2 dargestellten anderen Ausführungsform fehlen die öffnungen 21. Die Flamme wird durch Rundstäbe 4o stabilisiert, die in Strömrichtung hinter der Aufprallfläche angeordnet sind und vom Rand der Hülse 17 vorzugsweise radial nach innen gerichtet sind.In the other embodiment shown in FIG. 2, the openings 21 are missing. The flame is formed by round rods 4o stabilized, which are arranged in the direction of flow behind the impact surface and preferably from the edge of the sleeve 17 are directed radially inwards.
Um ein Zurückschlagen des Brennstoffes zu vermeiden, kann vor dem Brennstoffeinlaß ein Rückschlagventil 4l vorgesehen werden. Bei Bedarf und in Abhängigkeit der Brenn- \ Stoffzusammensetzung kann in Strömrichtung vor dem Rückschlagventil 41 noch ein Brennstoffvorwärmer 42 vorgesehen werde. Das Bezugsaeichen 43 bezeichnet eine Pumpe, die den Brennstoff unter Druck der Zündvorrichtung zuführt, und das Bezugszeichen 44 gibt eine Spannungsquelle an, die das Heizelement 25 mit Strom versorgt.In order to prevent the fuel from kicking back, a check valve 4l can be provided in front of the fuel inlet. If required, and depending on the fuel \ composition may still a fuel preheater will provided 42 in flow direction upstream of the check valve 41st Numeral 43 denotes a pump which supplies the fuel under pressure to the igniter, and numeral 44 denotes a voltage source which supplies the heating element 25 with current.
Um innerhalb der Bohrung In der Ausfütterung 24a eine Stauzone zu vermelden, sind drei gleichwinklig angeordnete Ka- ' näle 5o vorgesehen, von denen in der Zeichnung einer zu sehen ist. Diese Kanäle 5o erstrecken sich durch die Halterung 24 und erzeugen mittels der aus den öffnungen 2o austretenden Luft entlang der Bohrung in der Ausfütterung 24a einen schwachen Luftstrom. 109839/ßAfl?In order to create a damming zone within the bore in the lining 24a to be reported, three equiangularly arranged ca ' Näle 5o provided, one of which can be seen in the drawing. These channels 5o extend through the holder 24 and generate by means of the emerging from the openings 2o Air along the hole in the liner 24a creates a weak flow of air. 109839 / ßAfl?
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