DE2202508C3

DE2202508C3 - Anordnung zur Befestigung einer Einspritzdüsen-Ringleitung in einer Brennkammer

Info

Publication number: DE2202508C3
Application number: DE2202508A
Authority: DE
Inventors: Roger Alfred Jules Antony Vandenbroucke
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1971-01-19
Filing date: 1972-01-19
Publication date: 1981-06-04
Also published as: GB1329944A; DE2202508A1; FR2122308B1; FR2122308A1; DE2202508B2; US3768251A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine Anordnung dieser Art ist aus der US-PS 3102 392 bekannt Bei dieser Anordnung ist eine Gruppe von Einspritzdüsen-Ringleitungen sowie eine Gruppe von Ringbrennern vorgesehen, die jeweils einen ringförmigen Flammenhalter enthalten, in deren Innerem jeweils eine weitere Einspritzdüsen-Ringleitung befestigt ist

Wenn die Brennkammer von einem Nachbrennerkanal gebildet wird, wird der Bezugsaufbau, d. \ der Aufbau, bezüglich dessen die Ringleitung eine bestimmte Lage einnehmen muß, üblicherweise von einem ringförmigen Flammenhalter gebildet Hierbei ist erforderlich, daß die Lage der Ringleitung bezüglich des Bezugsaufbaus so genau \ne möglich eingehalten wird, and zwar ohne die Ringleitung mechanischen Spannungen auszusetzen, die durch die thermischen Verformungen hervorgerufen werden könnten. Der Flammenhalter erwärmt sich jedoch mehr als die Ringleitung, die durch den umlaufenden Brennstoff gekühlt wird und ein wenig durch den Flammenhalter gegen die Strahlungswärme der Flamme geschützt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Befestigung einer Einspritzdüsen-Ringleitung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß die Ringleitung im Betrieb ihre relative Lage bezüglich des Bezugsaufbaus möglichst genau einhält.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Durch die besondere Anordnung der Drehgelenke und die Verwendung der weiteren Gelenkverbindungen in Form von Universalgelenken wird erreicht, Haß sich die Ringleitung bei hohen Temperaturen spannungsfrei parallel zu sich selbst verschieben kann. Hierdurch wird nicht nur eine thermisch bedingte Verformung der Bauteile vermieden, sondern auch sichergestellt, daß der Brennstoff an genau vorgegebener Stellung relativ zum Flammenhalter eingespritzt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt in schematischer Darstellung durch den Nachbrenner eines Fiugzeug-Gasturbinenstrahltriebwerks;

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-Il der F i g. I in vergrößertem Maßstab;

F i g. 3. 4 und 5 einen Schnitt längs der Linien HI-III. IV-IV bzw. V-V der *■"ig. 2 wiederum in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3a. 4a und 5a einen Schnitt längs der Linien IHa-IIIa, IVa-IVa bzw. Va-Va der F i g. 3. 4 und 5;

rig. 67 einen Schnitt längs der Linien VI-VI und VII VII in Fig. 5:

Fig.8 einen Schnitt längs der Lime VIIIVIII in F i g. 2 /ur Darstellung einer anderen Ausführungsform;

F1 g. 9 eine der F i g. 2 entsprechende Teilansicht zur Darstellung einer anderen Ausführungsform;

F1 g. 9a eine Ansicht in Blickrichtung des Pfeils IX in Fig. 9.

Der in der F1 g. I dargestellte Nachbrenner weist eine um eine Achse X-X' rotationssymmetrische Wandung I auf. Dem Nachbrenner wird ein Strom heißer Gase von der Turbine eines Strahltriebwerks (nicht dargestellt) zugeführt; die Gase strömen in Richtung des Pfeiles Fl. Die Gase werden in dem Kanal durch Verbrennung eines mittels einer Cinspritzdüsen-Ringleitung 2 eingespritzten Kraftstoffes wiedererwärmt und verlassen den

Nachbrenner in Richtung des Pfeiles F2, um durch eine nicht gezeigte Schubdüse auszuströmen. Die Einspritzdüsen-Ringleitung 2 ist zum Kanal des Nachbrenners koaxial angeordnet und ist auf ihrer stromaufwärtigen Fläche mit Düsen 2a (s. F i g. 2) versehen, durch die Kraftstoff eingespritzt wird, der sich auf einem weiter strömungsaufwärts angeordneten ringförmigen Amboß 3 zerstäubt. Der Amboß 3 weist einen U-förmigen Querschnitt auf, dessen Schenkel entgegen der Strömungsrichtung geöffnet sind; die Form des Ambosses ist in besonders in den Fig.3 und 3a zu erkennen. Bei anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) können die Schenkel des U stromabwärts weisen. In Strömungsrichtung gesehen, ist unterhalb der Ringleitung 2 ein ringförmiger Flammenhalter 4 angeordnet. Der Flam- ι > menhalter 4 weist einen X-förmigen Querschnitt mit abgerundeter Spitze auf, dessen Zweige stromabwärts weisen, wie man besonders gut in den F i g. 3 und 3a sehen kann.

Der Flammenhalter 4 ist an der Wandung 1 des 2u Nachbrenners mittels einer Anordnung von Schwenkarmen 4a befestigt, von denen einer in der F ι g. 4 teilweise dargestellt ist.

Die Einspritzdüsen-Ringleitung 2 wird durjh eine Förderleitung mit Kraftstoff versorgt, die ein in Form 2ί eines »Entenhalses« gekrümmtes Leitungsstück 5 (s. F ι g. 2) aufweist, der die Wandung 1 durchstößt und der durch andere Abschnitte, von denen ein mit 6 bezeichneter Krümmer gezeigt ist. mit einer nicht dargestellten Quelle unter Druck stehenden Kraftstof- «> fes verbunden ist. Das Leitungsstück 5 steht mit der Ringleitung 2 durch ein drei Öffnungen aufweisendes engeschv. eißtes Verbindungsstück 5a in Verbindung lind mit dem Krümmer über ein Verbindungsstück 56, das sich senkrecht zur Wand 1 erstreckt und zwischen r> fcwei Muttern 56, Sc eingezwängt ist. Die Achse des Verbindungsstückes 5 erstreckt sich senkrecht zur Wandung 1, und der Schnittpunkt zwischen der Achse des Verbindungsstückes Sb und der neutralen Faser der Wandung 1 soll mit A bezeichnet werden. Die "to Ringleitung ζ und das Leitungsstück 5 sind derart angeordnet, daß das Einklemmen der Wandung t Zwischen den beiden Muttern Sc und Sd beim Fehlen Irgendeiner anderen Aufhängung der Einspritzdüsen-Ringleitung (und solange das Nachbrennerrohr kalt ist) « einer Lage der Ringleitung entspricht, in der es auf die Achse X-X' zentriert ist und in einer zu dieser Achse senkrechten Ebene liegt.

Die Einspritzdüsen-Ringleitung 2 ist mit dem Flammenhaltei 4 durch Schwenkarme verbunden, die ">o en der Ringleitung um tangentiale Achsen schwenkbar an den Punkten B und C in der durch den Punkt A gehenden Ebene P befestigt sind, und durch vier Paar Schwenkarme, die an der Ringleitung an den Punkten D lind £ F und C. H und / und K kardanisch an der M Einspritzdüsen-Ringleitung angelenkt sind, wobei die Punkte symmetrisch bezüglich der Axialebene angeordnet sind. Die in den Punkten B und C angelenkten Schwenkarme sind gleichfalls um Tan^entialachsen Schwenkbar an dem Flammenhalter 4 angelenkt, und die w> anderen Sgh'venkarme sind gleichfalls kardanisch an dem Flammenhalter 4 angelenkt. Alle Schwenkarme «nd parallel zur Achse X-X' des Nachbrenner angeordnet. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Punkte B, D, F, H, J, I, G und E in Form eines ^ neun Ecken aufweisenden regelmäßigen Polygons angeordnet; der dem Punkt B diametral gegenüberliegende Befestigungspunkt (liegt nicht an einer Ecke des Polygons und befindet sich in gleicher Entfernung von den benachbarten Punkten / und K-, der Befestigungspunkt B liegt in der Diametralebene P, die den Punkt A enthält, das Verbindungsstück 5a liegt außerhalb dieser Ebene am Ende des Leitungsstückes 5.

Die Einspritzdüsen-Ringleitung 2 weist im Punkte C eine bearbeitete Hülse 7 (s. F i g. 4 und 4a) auf, die einen in Strömungsrichtung weisenden Bügel 7a trägt An den anderen Anlenkpunkten der Schwenkarme weist die Ringleitung 2 entsprechend neun Hülsen 8 auf, von denen jede einen stromabwärts weisenden Bügel 8a und einen stromaufwärts weisenden Bügel Sb trägt (s. F i g. 3,3a und 5,5a); die bearbeiteten Hülsen 7 und 8 sind mit gewölbten Rohrabschnitten 9 (s. F i g. 2), die zur Injektion des Treibstoffes mit Löchern 2a versehen sind, durch Schweißung zur Bildung der Einspritzdüsen-Ringleitung 2 verbunden, die an das Verbindungsstück 5a angeschlossen ist

Der den Punkt B der Ringleitung 2 mit dem Flammenhol'er 4 verbindende Schwenkarm 10 (s. Fig. 3 und 3a) ist an dem Flammenhalter v. eine tangential angeordnete Achse 10a schwenkbar auge* ^nkt, die von einem an dem Flammenhalter angeschweißten Bügel getragen wird. Der Schwenkarm 10 ist an der Ringleitung 2 um eine ebenfalls tangential angeordnete Achse 106 schwenkbar angelenkt (d. h. die Achse erstreckt sich senkrecht zur Axialebene P), wobei die Achse 106 von dem B jgel 8a getragen wird. Der Punkt C ist auf dieselbe Weise durch einen Schwenkarm 12 (s. Fig.4 und 4a) mit dem Flammenhal.er verbunden. Der Schwenkarm 12 ist an dem Flammenhalter durch eine von einem Bügel 11a getragene Achse 12a und an der Einspritzdüsen-Ringleitung durch eine von dem Bügel 7a getragene Achse 126 angelenkt, wobei die beiden Achsen 12a und 126 in gleicher Weise tangential am Flammenhalter und an der Einspritzdüsen-Ringleitung angeordnet sind. Die Schenkel der Bügel 11,11 a, 8a und 7a sind derart gespreizt, daß die Schwenkarme 10 und 12 am Flammenhalter und an der Single tung geführt sind, um auch so weit als möglich die Parallelität der Ebene der Ringleitung aufrechtzuerhalten. Die Sch· enkarme 10 und 12 bilden an ihrem dem FSammenhalter benachbarten Ende eine Gabel, so daß zwischen den Zinken dieser Gabel auf der Mitte der Achsen 10a und 12a Lenker 4a (s. F i g. 4) befestigt werden können, die der Befestigung des Flammenhal ters 4 an der Wandung 1 dienen. Jede der Achsen 10a. 106. 12.? und 126 weist an ihrem einen Ende einen sechseckigen Kopf 13 und am anderen Ende einen mit einer umlaufenden Kerbe versehenen Anschlagring 14 auf. in dessen Kerbe ein Einschnappstift 15 in Form eines die Achse und den Ring durchsetzenden U eingreif:.

Am Anfang des Nachverbrennungsbetriebes verschiebt die thermische Ausdehnung der Einspritzdüsen-Ringleitung 2 den Pinkt ßnach ßl.den Punkt Cnach Π und den Mittelpunkt Oder Ringleitung nach Öl. im wesentlichen in der Richtung der Achse des Verbindungsstückes 56 und des Kragenteils des Leitungsstük kes 5. dessen schrä₆er Teil so kurz wie möglich ist. wie bereits dargelegt wurde. Die Verschiebung der Punkte B und Cgeschieht daher senkrecht zu den Achsen 116 und 126, derart, daß sich die Schwenkarme 10 und 12 ohne Verformung um die von dem Flammenhalter 4 getragenen Achsen 10a und 12a verschwenken. Die Einspritzdüsen-RingleKung 2 verschiebt sich nicht wesentlich in Richtung der Achse X-X', da die Schwenkarme 10 und 12 sich im kalten Zustand parallel

zu dieser Achse erstrecken. So verschieb! sich die Ringleilung 2 parallel zu sich selbst.

Die anderen Befestigungspunkte der Ringleitung, d. h. die Punkte D. E F. G. H. I. /und K. liegen außerhalb der durch den Punkt A hindurchgehenden Ebene P. Wenn diese Punkte der Ringleitung an dem Flammenhalter 4 ebenfalls durch um tangentiale Achsen schwenkbare Schwenkarme, wie z.B. die Schwenkarme 10 und 12. befestigt wären, wurden sich in der Ringleitung 2 und der Aufhängeanordnung Deformationen hervorrufende m Spannungen aufbauen, da eine Verschiebung der Ringleitung parallel zu sich selber in diesen Punkten senkrech! zu den tangeniiellen Anlenkachsen nicht möglich wiire. Um eine praktisch isostatische Aufhängung /u erreichen, wird jeder dieser Punkte der Finspritzdüsen-Ringlcitung 2 mit dem Flammenhalter 4 durch einen Schwenkarm 16 (vergl. F i g. ^r> und 5a) verbunden, die um Achsen 16.) und I6/1 schwenkbar angelenkt sind, wobei die Achsen selbst in drehbaren Nüssen 17 bzw 18 derart gelagert sind, dall eine Kugelgelenk- oder Kardangelenkaufhängung aufgebaut wird. d. h. eine Aufhängung, bei der die Fnden der Schwenkarme nicht um eine Achse, sondern um einen Punkt schwenkbar sind.

|ede der zylindrischen Nüsse 17 und 18 isl senkrecht zu seiner Achse von einer länglichen Öffnung 17.) bzw. 18.) durchsetzt, deren Weite unter Belassung von Spiel zur Aufnahme der flachen F.nden 16r bzw. I6J des Schwenkarms 16 hinreichend isl und dessen Lange ausreicht, um eine Bewegung des Schwenkarms > entsprechend der höchsten in dem Nachbrenner auftretenden Temperaturen zu ermöglichen. Die Nuß 17 ist in einem dem Bügel 11 und 11.) entsprechenden Bügel 19 gelagert, der am Flammenhalter 4 angeschweißt ist; die Nuß 18 ist drehbar in dem Bügel 8.7 gelagert. |ede ■■ ■ der beiden Nüsse 17 und 18 eines jeden Schwenkarms 16 dreht sich daher in dem zugeordneten Bügel derart, daß die Achsen 16;) und 16i> sich in konstanter Weise senkrecht zu der Bewegung des Befesligungspunktes dieses Schwenkarms an der Ringleitung 2 erstrecken. ■·· die sich dank ihrer Montierung bei Temperatur verschiebt.

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angedeutet — einen U-förmigen Querschnitt auf.dessen von dem Verbindungsstück des U gebildete aktive Zerstäuberfläche eine zur Mittenebene der Ringleilung 2 parallele Kreisringfläche darstellt, die der Ringleitung gegenübersteht. Diese Kreisringfläche isl bezüglich eines jeden der Punkte C. D. Ii. /·'. G. II. I, I und K mit einer Öffnung 20 \ ersehen, die einen Durchlaß für einen Schwenkarm 21 bildet. Dieser Schwenkarm isl an seinem stromabwärts gerichteten Fndo um eine von dem Bügel Sb getragene Achse 21.) und an seinem stromaufwärts weisenden Fnde um eine Achse 21 b schwenkbar gelagert, die von zwei an der Innenfläche des Ambosses i angeschweißten Winkeln 22 getragen wird. Die Achsen 21.) und 21 b werden durch Stifte 23 bzw. 25 in ihrer Lage gehalten, die durch die Achsen hinduri-hgri'ifen und selbst durch SchweiHnimkte 24 (s. F ι p. h und 7) festgelegt sind.

Die I ι ii. H /cig! eine andere Aiisführiingsform. bei ,!er Verbindungsstücke 8 an den Punkten /und K nicht durch .Schwenkarme wie die Schwenkarme lh nut dem I lammenh.ilter 4 verbunden sind, aber nichtsdestoweniger die Anlenkathse 21,ι eines Schwenkarms 21 tragen, der /u ilen den Amboß 5 tragenden Schwenkarmen gehört. Bei dieser Ausluhrungsiorm ist die Kingieitiing 2 daher nur mit dem I !,immenhaller 4 durch die beiden .Schwenkarme 10 und 12 und durch drei Paare der Schwenkarme 16 verbunden.

Bei einer anderen Ausführungsform können die Punkte Il C. I). Fi. F-'. G. II. /. /und K am■' an den zehn Fcken eines regelmäßigen Polygons liegen: die diametral gegenüberliegenden Punkte Wund (hegen dabei selbstverständlich auf der den PunKt A enthaltenden Dianictr.iiibcne Ii Bei der gezeigten Aiisfuhrungsform liegen die Punkte A. I) und C auf einer fieradcn. Dementsprechend kann das Leitungsstück 5 stromabwärts oder stromaufwärts im Nachbrenner versetzt werden, solange die Punkte B und ( nach dem Zusammenbau in der den Punkt A enthaltenden Axialebene liegen. Das Leitungsstück mit »I ntcnhals form« kann außerdem durch einen V-artig gegabeltes Leitiingsstück 5' ersetzt werden (Fig. 4); das Verb'n dungsstück 5'bist ein Yförmiges Verbindungsstück, und die beiden Zweige des l.eitungsslückes 5' werden mit Hilfe zweier Verbindungsstücke 5'a und 5Y an der Ringleitung befestigt, wobei die Verbindungsstücke i'.i und 5 c symmetrisch bezüglich der durch die Mitte des \ crbir.d-Γ:"¹.^'.'J'.'!·''*'- ^ ^ a^honrlon Λ*lnlpheno angeordnet sind. Das I.eitungsstuck 5' kann außerdem, wie die F ι g ^a zeigt, stromabwärts oder stromaufwärts versetzt werden.

Flierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Befestigung einer Einspritzdüsen-Ringleitung in einer Brennkammer, insbesondere in einer Nachbrennkammer eine·; Flugzeug-Gasturbinenstrahltriebwerks, wobei die Ringleitung mit der Wand der Brennkammer mittels eines Leitungsstückes der Brennstoffleitung verbunden ist, mit einem Gestänge, das durch Drehgelenke aufweisende Gelenkverbindungen mit der Ringleitung und einem Bezugsaufbau, insbesondere einem ringförmigen Flammenhalter, verbunden ist, der im Inneren der Brennkammer befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgelenke (10a, b, 12a. b)so angeordnet sind, daß zwei Punkte (B, C) der Ringleitung (2) im Betrieb in einer Axialebene (P) bleiben, die den Durchstoßungspunkt (A) des Leitungsstücks (5) durch die Wand (1) enthält, und daß weitere Gelenkverbindungen vorhanden sind, die insbesondere als Kardan- oder Kugelgelenke ausgebildete Universalgelenke (16a. b, 17, 18) aufweisen, die mit den Drehgelenken (10a. b. 12a. b) |o zusammenwirken, daß sie spannungsfreie Parallelverschiebungen der Ringleitung (2) /.u sich selbst ermöglichen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennleichnet, daß das Leitungsstüci. (5') bezüglich des Durchstoßungspunktes (A) in axialer Richtung versetzt angeordnet ist.

3. Anorunung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge zwei Schwenkartne (10) unu mehrere Schwenkarmpaare (16) aufweist, wobei die Schivenkar: -.e (10) die beiden in der Axialebe:ie (P) liegenden Punkte (B. C) mit dem Bezugsaufbau (4a, 4) verbinden se -vie an jedem ihrer Enden um eine zu der Axialebene (P) senkrechte Achse (10a, b) schwenkbar angelenkt sind und die Schwenkarmpaare (16) bezüglich der Axialebene (P) Symmetrisch angeordnet und mittels Kugel· oder Kardangelenk (17, 16a. 18, 166,! an der Ringleitung (2)bzw. an dem Bezugsaufbau (4,4a)'angelenkt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarme (10, 16) parallel /ur Brennkammerachse fX-X^angeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4. bei der die Ringleitung kreisförmig ausgebildet ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkstellen (D. F. H, /, K. I, E) der Ringleitung (2) an den mit Kugel- oder Kardangelenken angelenkter. Schwenkarmen (16) zusammen mit einem (B) der in der Axialebene (P) liegenden Punkte (B, C) der Ringleitung (2) die Ecken eines regelmäßigen Polygons bilden, das eine Ungerade Zahl von Fcken aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4. bei der die Ringleitung kreisförmig ausgebildet im. dadurch gekennzeichnet, dali die Anlenkstellen (D. F. H. /. K. i, G. E) der Ringleitung (2) an den mit Kugel- oder Kardangelenk angelenkten Schwenkarmen (16) Zusammen mit den in der Axialebene (P) liegenden fcwei Punkten (B. C) der Ringleitung (2) die Fcken eines regelmäßigen Polygons bilden, das eine gerade Zahl von Ecken aufweist.

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