DE2060401C3

DE2060401C3 - Brennstoffinjektor für Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2060401C3
Application number: DE2060401A
Authority: DE
Inventors: Dennis Richard Risley Derbyshire Carlisle
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1969-12-09
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE2060401B2; US3691765A; FR2083008A5; DE2060401A1; GB1284439A

Description

Die Erfindung hc/ieht sich auf einen Brennstoffinjektor der iiii Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Gattung. Ein solcher Brennstoffinjektor ist aus der US-PS 32 85 007 bekannt. Bei derartigen Brennstoffinjektoren soll der Prallkörper während des Flugbelriebes 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 Pralikörper auftreffende Brennstoff zuverlässig verbrannt und die Ablagerung von Kohlenstoff wird durch die hohen, in diesem Bereich und auch auf dem 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, wersn die normalen Betriebstemperaturen erreicht sind, bei der Verbrennung nicht mehr entfernt werden kann.

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

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichniingsteil des Anspruchs I angegebenen Merkmale. Durch die Ablenkung des HUfsbrennsioffs wird beim Anlassen und unter Schwachlast eine gezielte und gebündelte .Strömungsführung des Hilfsbrennstoff* 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 Umfangswiind der llauptbrennstoffdüsc. Er umgibt damit auch die llaiipthrcnnstoffdüsc. mis der der llauptbrennstdff im typischen I all unter einem Kegel winkel von 41) austreten kann.

Nachstehend wird ein Ausfiihriingsbeispiel di.r Erfindung unhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur ds-τ Zeichnung zeigt eine Schniilansichi eines erfindiingsgemäß aufgebauten Hrennstoffinjektors.

leder Brennsloffinjektor 22 weist einen Zentralkörper 24 auf, an dessen stromunlerseitigem Ende eine Mutter 26 befestigt ist. Der Zentralkörper und die Mutter halten zusammen einen Diiscnkörpcr 28 in seiner Lage. Dieser Düsenkörper 28 besitzt eine relativ kleine, in der Mitte angeordnete Düse 10 für den Hilfsbzw. Zündbrennstoff und diese Düse 10 wird konzentrisch durch eine relativ große Ringdüse 32 umgeben, die als rlauptbrennstoffdüsc bezeichnet wird, deren LJrennstoff durch eine Ringöffnung U hindurchtritt, wobei Zündbrennstoff und Hauptbrennstoff flüssige Brennstoffe sind. Die radial äußere Wand der Düse 32 trägt einen axial vorspringenden Ablcnkkörpc,- 34, der mit einer kegelsiumpfförmigcn inneren Ablenkoberflächc 36 versehen ist. Die Düse }2 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 Ablcnkoberfläche 36 schneiden. Die Bohrungen 48 stehen an ihrem stromoberseitigen Ende mit einem Zündbrcnnstoffkanal 50 innerhalb des Zentralkörper* 24 in Verbindung und an ihren stromuntcrseitigen 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 5C s'ie Verkleidung 52 so, daß letztere im radialen Abstand von der Düse 38 distanziert liegt. Die Verkleidung 52 trägt drei im gleichen Winkelabstand zueinander angeorclnctc Tragkörper 58. leder Tragkörper weist eine etwa Y-förmige Querschnitisgestalt auf und ist z. B. durch Hartvcrlötung 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 l.tifteinlaß definiert.

Die Verkleidung 52 konvergiert von ihrem stromoberseitigen Ende 62 nach einem mittleren Punkt 64. der im wesentlichen in der gleichen Ebene wie das stromuntcrseitigc Ende der Düse 30 liegt. Die Verkleidung 52 divergiert dann von dem in der Mitte liegenden Punkt 64 nach einem offenen stromunterscitigen Ende 66. das mil durchgehenden Offnungen 68 versehen ist. die mit dem Strömimgskanal 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 slromuntcrseitigcn Endes 66 der Verkleidung 52 und die Achse der konischen Oberfläche fallt im wesentlichen mit der Achse der Düsen 50, M, 18 zusammen, wobei dir Scheitel des Konus mich der Düse M) hin gerichtet ist.

Das slromiiiiterseitigc Ende ties Prallkörpers 60 weist einen metallischen Wärmeschild 72 auf. tier daran

befestigt ist. Dieser Schild 72 ist im Betrieb eier Innentemperatur des Flammrohres ausgesei/t und überträgt daher Wärme uuf den konischen Prallkörper 60 und zwar in einem solchen Mulle, dall jedwede Ansammlung von Kohlensioff.iblageningeii duraul verhindert wird.

Vom Verdichter verdichtet Luft wird im llcirieh durch die Verkleidung 52 gedrückt.

Die Anordnung ist derart getroffen, dall tier Scheitelwinkel des im wesentlichen konischen Brenn-Stoffsprühstrahls, der von der Düse 32 ausgesprit/i wird, durch die Gestalt der Düse 32 und die Notwendigkeit der Reinigung des Prallkörper 60 bestimmt wird, und er beträgt im typischen Fall W. Dieser Winkel ist sehr geeignet für einen normalen Lauf des Triebwerks. (edoch ist er zu groß, um gute Zündeigenschaften /u liefern, d. h. eine Auslöschung kann leicht auftreten und die Verbrennung setzt nicht im Flammrohr ein und setzt sich dann nicht nach den benachbarten Flammrohren 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 · usreicht. 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 Brennsiull erfcilgl durch die Verkleidung 52 gleichzeitig mit einer l.iifislronuini-', wobei die durch die Verkleidung 52 strömende Luft η ich ι nur die Zerstäubung des Brennstoffs bewirki, sondern auch mit dazu beiträgt, /ti gewährleisten, dall der Brennstoff von den Düsen 30, 32, 18 weg der Verbrennung ausgesetzt ist. Auf diese Weise wird die !Carbonisierung der Düsen 30, 32, 38 vermindert, was dann auftreten könnte, wenn eine der Düsen mehl im lleirich ist. Der Prallkörper 60 iiMtersiüt/i die Zerstäubung des Brennstoffs und der Brennstoff und die Luft werden in eine gewünschte Richtung /wischen dem Prallkörper 60 und dem stronuinterseitigi'n Knde fib der Verkleidung 52 gerichtet.

Der Kanal 46 für den gasförmigen Brennstoff steht an einem Lntle mit dem Strömungskanal 70 und am anderen Fnde 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 Haupibrennstoffkanal 80 in Verbindung. Beide Flüssigbrennstoffkanäle 42, 44 stehen mit einer Flüssigbrennstoffleu^ng 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 Gasbrciinstoffdüse 38 über den Kanal 46 bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffinjekior für Gasturbinenstrahliriebwerke mit mehreren konzentrisch angeordneten Brennsioffzuführungskanälen 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 Brennstoffdüsen ein Prallkörper angeordnet ist, der von einem sämtliche Brennstoffdüsen konzentrisch umgebenden, eine Hochdruckströmung führenden Leitkörper getragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse (30, 48) für Hilfsbrennstoff von 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 ϊ lauptbrennstoffdüsc (32,33) ist.