DE2060401B2

DE2060401B2 - Brennstoffinjektor für Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2060401B2
Application number: DE2060401A
Authority: DE
Inventors: Dennis Richard Risley Derbyshire Carlisle (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1969-12-09
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1980-11-20
Also published as: FR2083008A5; GB1284439A; DE2060401C3; DE2060401A1; US3691765A

Description

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Die Erfindung bezieht .sich auf einen Brennstoffinjektor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solcher Brennstoffinjektor ist aus d*er US-PS 32 85 007 bekannt. Bei derartigen Brennstoff in- '■»< > jektoren soll der Prallkörper während des Flugbetriebes eine Zerstäubung und Leitung des Brennstoff-Luftgemisches nach außen bewirken, um das Flammrohr bzw. die Brennkammer am Eingang in möglichst homogener Form gleichmäßig zu durchsetzen und so eine günstige « Verbrennung zu erlangen. Dieser Prallkörper wirkt als Wärmesenke und während des Betriebes wird der auf den Prallkörper auftreffende Brennstoff zuverlässig verbrannt und die Ablagerung von Kohlenstoff wird durch die hohen, in diesem Bereich und auch auf dem «o Prallkörper herrschenden Temperaturen sicher vermieden. Beim Anlassen des Triebwerkes hingegen und bei Schwachlast, d. h. im Leerlauf, wo dem Triebwerk im wesentlichen nur der zur Zündung erforderliche Hilfsbrennstoff zugeführt wird, besteht die Gefahr, daß sich unverbrannter Kohlenstoff auf dem Prallkörper ablagert, der dann häufig auch im Betrieb unter Normallast, wenn die normalen Betriebstemperaturen erreicht sind, bei der Verbrennung nicht mehr entfernt werden kann. ^w

Ausgehend von dem durch die US-PS 32 85 007 belegten Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei einem solchen Brennstoffinjektor das Ablagern von unverbranntem Kohlenstoff auf dem Prallkörper bei Schwachlast zu verhindern.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die Ablenkung des Hilfsbrennstoffs wird beim Anlassen und unter Schwachlast eine gezielte und gebündelte Strömungsführung des Hilfsbrennstoffs ^b0 erreicht, wodurch eine Umwandlung in festen Kohlenstoff und ein Festsetzen dieses Kohlenstoffs auf dem Prallkörper mit Sicherheit verhindert ist.

Gemäß einer zweckmäßigen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist der Ablenkkörper Teil der ^b5 Umfangswand der Hauptbrennstoffdüse. Er umgibt damit auch die Hauptbrennstoffdüse, aus der der Hauptbrennstoff im typischen Fall unter einem Kegelwinkel von 90° austreten kann.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß aufgebauten Brennstoffinjektors.

Jeder Brennstoffinjektor 22 weist einen Zentralkörper 24 auf, an dessen stromunterseitigem Ende eine Mutter 26 befestigt ist Der Zentralkörper und die Mutter halten zusammen einen Düsenkörper 28 in seiner Lage. Dieser Düsenkörper 28 besitzt eine relativ kleine, in der Mitte angeordnete Düse 30 für den Hilfsbzw. Zündbrennstoff und diese Düse 30 wird konzentrisch durch eine relativ große Ringdüse 32 umgeben, die als Hauptbrennstoffdüse bezeichnet wird, deren Brennstoff durch eine Ringöffnung 33 hindurchtritt, wobei Zündbrennstoff und Hauptbrennstoff flüssige Brennstoffe sind. Die radial äußere Wand der Düse 32 trägt einen axial vorspringenden Ablenkkörper 34, der mit einer kegelstumpfförmigen inneren Ablenkoberfläche 36 versehen ist Die Düse 32 wird selbst konzentrisch von einer Düse 38 umgeben, die im Betrieb gasförmigen Brennstoff austreten läßt Der Mittelkörper 24 ist an einem im wesentlichen L-förmig gestalteten Brennstoffzuführungsarm 40 befestigt, in dem die Brennstoffzuführungsleitungen 42, 44 und 46 angeordnet sind.

Die Düse 30 wird durch drei im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete Bohrungen 48 gebildet die in einem Winkel von etwa 70° gegenüber der Achse des Zentralkörpers 24 angestellt sind und die Ablenkoberfläche 36 schneiden. Die Bohrungen 48 stehen an ihrem stromoberseitigen Ende mit einem Zündbrennstoffkanal 50 innerhalb des Zentralkörpers 24 in Verbindung und an ihren stromunterseitigen Enden mit dem Inneren einer hohlen ringförmigen Verkleidung 52. Der axial verlaufende Schenkel des Brennstoffzuführungsarms 40 besitzt eine Abschirmung 54, die am stromunterseitigen Ende festgelötet ist, und die Abschirmung 54 trägt über Dübel 56 die Verkleidung 52 so, daß letztere im radialen Abstand von der Düse 38 distanziert liegt. Die Verkleidung 52 trägt drei im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete Tragkörper 58. Jeder Tragkörper weist eine etwa Y-förmige Querschnittsgestalt auf und ist z. B. durch Hartverlötung an einem etwa konischen Prallkörper 60 befestigt, um letzteren zu tragen; die Verkleidung 52 weist einen offenen stromoberseitigen Abschnitt 62 auf, der zusammen mit der äußeren Oberfläche der Abschirmung 54 einen Lufteinlaß definiert.

Die Verkleidung 52 konvergiert von ihrem stromoberseitigen Ende 62 nach einem mittleren Punkt 64, der im wesentlichen in der gleichen Ebene wie das stromunterseitige Ende der Düse 30 liegt. Die Verkleidung 52 divergiert dann von dem in der Mitte liegenden Punkt 64 nach einem offenen stromunterseitigen Ende 66, das mit durchgehenden öffnungen 68 versehen ist, die mit dem Strömungskanal 70 in Verbindung stehen, der zwischen dem Zentralkörper 24 und der Mutter 26 einerseits und der Abschirmung 54 und der Verkleidung 52 andererseits gebildet ist.

Der Prallkörper 60 liegt innerhalb des stromunterseitigen Endes 66 der Verkleidung 52 und die Achse der konischen Oberfläche fällt im wesentlichen mit der Achse der Düsen 30, 32, 38 zusammen, wobei der Scheitel des Konus nach der Düse 30 hin gerichtet ist.

Das stromunterseitige Ende des Prallkörpers 60 weist einen metallischen Wärmeschild 72 auf, der daran

befestigt ist Dieser Schild 72 ist im Betrieb der Innentemperatur des Flammrohres ausgesetzt und Oberträgt daher Wärme auf den konischen Prallkörper 60 und zwar in einem solchen Maße, daß jedwede Ansammlung von Kohlenstoffablagerungen darauf verhindert wird.

Vom Verdichter verdichtete Luft wird im Betrieb durch die Verkleidung 52 gedruckt.

Die Anordnung ist derart getroffen, daß der Scheitelwinkel des im wesentlichen konischen Brennstoffsprühstrahls, der von der Düse 32 ausgespritzt wird, durch die Gestalt der Düse 32 und die Notwendigkeit der Reinigung des PraJlkörpers 60 bestimmt wird, und er beträgt im typischen Fall 90°. Dieser Winkel ist sehr geeignet für einen normalen Lauf des Triebwerks. Jedoch ist er zu groß, um gute Zündeigenschaften zu liefern, d. h. eine Auslöschung kann leicht auftreten und dip Verbrennung setzt nicht im Flammrohr ein und setzt sich dann nicht nach den benachbarten Füjmmrohren fort Der aus den Bohrungen 48 ausgespritzte Zündbrennstoff trifft jedoch auf die Ablenkoberfläche 36 und wird dadurch im wesentlichen konisch mit einem Scheitelwinkel von etwa 70° abgelenkt, was ausreicht, um den Prallkörper 60 infolge des Radius der Ablenkoberfläche 36 zu reinigen, wodurch die vorerwähnten Probleme hinsichtlich schwacher Verbrennung und Zündung ausgeschaltet werden.

Der Durchtritt von Gas und/oder flüssigem ßrenn-

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20 stoff erfolgt durch die Verkleidung 52 gleichzeitig mit einer Luftströmung, wobei die durch die Verkleidung 52 strömende Luft nicht nur die Zerstäubung des Brennstoffs bewirkt, sondern auch mit dazu beiträgt, zu gewährleisten, daß der Brennstoff von den Düsen 30,32, 38 weg der Verbrennung ausgesetzt ist Auf diese Weise wird die Karbonisierung der Düsen 30, 32, 38 vermindert, was dann auftreten könnte, wenn eine der Düsen nicht im Betrieb ist Der Prallkörper 60 unterstützt die Zerstäubung des Brennstoffs und der Brennstoff und die Luft werden in eine gewünschte Richtung zwischen dem Prallkörper 60 und dem stromunterseitigen Ende 66 der Verkleidung 52 gerichtet

Der Kanal 46 für den gasförmigen Brennstoff steht an einem Ende mit dem Strömungskanal 70 und am anderen Ende mit einer Gasleitung in Verbindung. Die Kanäle 42 bzw. 44 für den flüssigen Brennstoff stehen mit dem Hilfsbrennstoffkanal 50 bzw. über eine Ringkammer 78 mit dem Hauptbrennstoffkanal 80 in Verbindung. Beide Flüssigbrennstoffkanäle 42, 44 stehen mit einer Flüssigbrennstoffleitung in Verbindung und empfangen von dieser Brennstoff.

Wenn im Betrieb nur flüssiger Brennstoff verbrannt wird, dann wird die Gasbrennstoffzufuhr abgesperrt und eine kontinuierliche Strömung von Druckluft nach der Gasbrennstoffdüse 38 über den Kanal 46 bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Brennstoffinjektor für Gasturbinenstrahltriebwerke mit mehreren konzentrisch angeordneten Brennstoffzuführungskanälen und Brennstoffdüsen, von denen eine innere mit flüssigem Hilfsbrennstoff und eine diese umschließende Brennstoffdüse mit flüssigem Hauptbrennstoff gespeist ist, wobei diese Brennstoffdüsen je einen stromab konisch erweiterten Strahl erzeugen und stromab der Brennstoff dusen ein Prallkörper angeordnet ist, der von einem sämtliche Brennstoffdüsen konzentrisch umgebenden, eine Hochdruckströmung führenden Leitkörper getragen ist, dadurchgekenn zeichnet, daß die Brennstoffdüse (30, 48) für Hilfsbrennstoff von is einem Ablenkkörper (34) umgeben ist, der eine kegelstumpfförmige Ablenkoberfläche (36) aufweist, die koaxial-zu den Düsen liegt, nach dem Prallkörper (60) hin divergiert und den Hilfsbrennstoff ablenkt

2. Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkörper (34) Teil der Umfangswand der Hauptbrennstoffdüse (32,33) ist