DE2207234A1

DE2207234A1 - Kraftstoffdüse

Info

Publication number: DE2207234A1
Application number: DE19722207234
Authority: DE
Inventors: Dominic James Chardon Ohio Lapera (V.StA.)
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1971-02-25
Filing date: 1972-02-16
Publication date: 1972-09-07
Also published as: FR2127609A5; US3675853A; GB1328771A; CA952946A

Description

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PARKER-HAlil-iIHT. CGiiPOüAIIOlT Cleveland (Ohio, UoA)

Krafts toffdüse

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffdüse.

Hfilcannte Zweikantldüsen für flüssigen Kraftstoff besitzen einen Primär-Zuleitungskanel, der zu der Primär-Austrittjöfftmng der Düse fahrt, und zwar über Drallkanäle und eine uraiIkammer, so daß dem Kraftstoff ein Drall er- leil t und dor Kraftstoff beiui Verlassen der Düsenöffnung in kleine tröpfchen zerteilt und zu einem allgemein kegelfoxmlreri Jr r'ihkorper ausgebreitet wird. Eine derartige Düse hat feiner einen üekundär-Zuleitungskanal, dem Kraftstoff von e.it.^.i ;;t. runningsteiler oder einem cjuerschnittsveränderliclier: /1 ric i 1 üugeführt wird. Dieser Kraftstoff gelangt über .;ft]'!in-]: ί - urallkanäle und eine Sekundär-Drallkamir.er zu einer ce! :art;i c -aus trittüöf fnun^. Zunflchst wird der Kraftstoff rur durch lie Primär-Austrittsöffnung abgegeben, dajßit hei ifi'iji igen litrömungemengen und Drücken des Kraftstoff«, {.iiispLelsweise bein; Anlassen des Triebwerks, die erfor Ji:r 1 l'.-'ic-, feine Zerstäubung erzielt wird. Bei grüi3eren ^ti-.Wiain^ivr^'ii-. =;π und höh ei en iriiclten des Kraftstoffs wird dit-sv,; ...iiil aus der Primär- als auch aus der Sekundär-Auatri ί-L. ofinurig abgegeben, wobei die einwandfreie Zer-Btuubuh^ lurch die höheren Strömungsgeschwindigkeiten des Kraftstoffs in der Düse gewährleistet wird.

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In einer üblichen Zweikanaldüse nimmt die Primär-Stromungsmenge proportional zu der Quadratwurzel des Druckanstieges zu und bleibt der Vinkel des Primär-Sprühkörpers allgemein konstant. Für die Zündung des Motors und die Höhen-Wiederzündung ist jedoch ein Primär-Sprühkörper mit einem relativ kleinen Winkel erforderlich, während bei der Nennleistung des Triebwerks dieser kleine Winkel dee Sprühkörpers und die größere Priniär-Strömungsmenge zu einer zu hohen Kraftstoffkonzentration in der Mitte der Brennkammer führen, so daß Hauch und/oder zu große Mengen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen erzeugt werden. Bei der Auslegung der Primär-Austrittsöffnungen wurde daher bisher ein Kompromiß getroffen, indem beim Anlassen des Triebwerks die Konzentration des Primär-KraftStoffs herabgesetzt wurde, während bei der Nennleistung des Triebwerks die zu hohe Konzentration in der Primär-Brennzone zwar herabgesetzt, aber nicht völlig beseitigt wurde.

Die Erfindung schafft nun eine Kr aftstoffdüse mit einer Düsenkörperanordnung, die in ihrem Innern einen Kraftstoffeintrittskanal besitzt, der über eine Drallkammer und einen Drallkanal mit einer Austrittsöffnung in Verbindung steht, aus dem der Kraftstoff in Form eines allgemein kegeligen Sprühkörpers austritt, 3owie mit einem druckabhängigen Glied, das zum Modulieren der Strömungsmenge dient, in der Düsenkörperanordnung beweglich angeordnet let und aufgrund eines Anstieges des Kraftstoffdruckes in dem Eintrittekanal über einen vorherbestimmten Wert die Strömungsmenge des Kraftstoffs in dem Krallkanal herabsetzt, wodurch die pro Zeiteinheit aus der Austrittsöffnung austretende Kraftstoffmenge herabgesetzt und der Winkel des von dem austretenden Kraftstoff gebildeten Sprühkörpers vergrößert wird.

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Die Erfindung schafft ferner eine Zweikanal-Kraftstoffdüse mit einer Düsenkörperanordnung, die in ihrem Innern einen Primär- und einen Sekundär-Kraftstoffeintrit tskanal begrenzt, wobei der Priicär-Kraftstoffeintrittskanal über eine Primär-Brallkammer und einen Primär-Drallkanal mit einer Priiailr-Austrittsöffnung in Verbindung Bteht, der Sekundär-Kraftstoffeintrittskanal über eine Sekundär-Drallkammer und einen Sekundär-Erallkanal mit einer Sekundär-Austrittsöffnung in Verbindung steht, die mit der Primär-Austrittsöffnung konzentrisch ist, so daß der Kraftstoff aus den Austrittsöffnungen in Form von allgemein kegelförmigen Sprühkörpern austritt, und mit einem druckabhängigen Glied, das zum Modulieren der Strömungsmenge dient, in der Düsenkörperanordnung beweglich angeordnet ist und aufgrund eines Anstieges des Kraftstoffdruckes in dem Primär-Kraftstoffeintrittskanal über einen vorherbestimmten Wert die Strömungsmenge des Kraftstoffs ia dem Primär-Drallkanal herabsetzt, wodurch die pro Zeiteinheit aus der Primär-Auatrittsöffnung austretende Kraft-Stoff Menge herabgesetzt und der Winkel des Sprühkörpers, der von den aus der Primär-Austrittsöffnung austretenden Kraftstoff gebildet wird, herabgesetzt wird.

Die Herabsetzung der pro Zeiteinheit aus der Primär-Auetrittsöffnung austretenden Kraftstoffmenge führt BU einer Vergrößerung des Winkels des Primär-Sprühkörpers, so dafl beim Betrieb des Triebwerks mit der Hennleistung infolge dee größeren Winkels des Primär-Sprühkörpers und der geringeren Strömungsmenge de» Primär-Kraftstoffs eine zu hohe Xraftstoffkonzentration in der Prirrar-Brennzone vermieden und daher die Bildung von Hauch und/oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen weitestgehend vermieden wird. Wenn dagegen der I/ruck des Pri..:L r-ki aft stoff es unter dea vorherbestimmten V/ert liegt, wird die 3tr"mungsiaenge des zu den PrimiiT-Iirallkanälen ströiiienäeii I-Iraftstoffs nicht

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verändert, so daß der Winkel des Primär-Sprühkörpers relativ klein und die pro Zeiteinheit aus der Primär-Austrittsöffnung austretende Kraftstoffmenge relativ groß iet. Dadurch wird das Anlassen des Triebwerks erleichtert.

Bin Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 im Querschnitt eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Zweikanaldüse,

Fig. 2 in viel größerem Maßstab einen Querschnitt im wesentlichen nach der linie 2-2 der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt im wesentlichen nach der linie 3-3 in Fig. 2.

Fig. 4 und 5 sind Diagramme der Kennlinien der Düse.

Das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel der Zweikanal-Einspritzdüse 1 besitzt ein Gehäuse 2, das einen Primär-Kraftetoff-Zuleitungskanal 3 und einen Sekundär-Kraftstoff-Zuleitungskanal 4 aufweist. In bekannter Weise stehen diese Kanäle mit einer Kraftstoffeintrittsöffnung und mit dem Austritt eines Strömungsteilers oder eines querschnittsveränderlichen Ventils in Verbindung.

Auf das Ende dee Gehäuses 2 ist ein Sekundär-Düeenkörper 5 aufgeschraubt, der mit einem Luftmantel versehen ist und bei 6 mit dem Gehäuse 2 verschweißt sein kann. Zwischen dem Sekundärkörper 5 und dem Ende dee Ge· häuses 2 ist der Primär-Düsenkörper 7 eingespannt, der Busammen mit dem Sekundärkörper 5 eine Sekundär-Drall-

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kammer 8 und eine ringförmige Sekundär-Auetrittsöffnung 9 begrenzt. Der Primärkörper 7 ist von einem oder mehreren wendelförmigen Drallkanälen 10 durchsetzt, welche den Sekundärkanal 4 mit der Sekundär-Drallkammer 8 verbinden.

In einer Flachsenkung im -^nde des Gehäuses 2 ist eine Einrichtung 11 angeordnet, die zur Modulation dee Primärstroms dient und durch den Primärkörρer 7 festgehalten wird und mit diesem eine Drallkammer 12 begrenzt, die zu einer Primär-Austrittsöffnung 14 führt. In der Einrichtung sind zwei Paare von tangentialen Lrallkanälen 15, 15 und 16, 16 ausgebildet. In dem Körper 17 der Einrichtung 11 sind zwei Paare von Primär-Kraftstoffkanalen 15', 15' und 16', 16' ausgebildet, die zu den entsprechenden Drallkanälen 15, 15 bzw. 16, 16 führen. In dem Körper 17 ist dicht und verschiebbar ein Strömungsmodulierendes Glied 18 angeordnet, das eine erste Umfangsnut 19 besitzt, die über einen Kanal 20 eine Verbindung zwischen dem Primär-Zuleitungskanal 3 und zwei Hadialkanälen 21 herstellt, die zu den zugeordneten Kanälen je einer der Kanalanordnungen 15', 15 führen. Das Btrömungsmodulierende Glied 18 ist ferner mit einer zweiten Umfangsnut 23 versehen, die über einen Kanal 24 eine Verbindung zwischen dem Primär-Zuführungskanal 3 und zwei radialen Kanälen 25 herstellt, die zu je einer der Kanalanordnungen 16', 16 führen. Eine Feder 26 trachtet, das modulierende Glied 18 in die in den Figuren 1 und 3 gezeigte Stellung zu bewegen. Hinter dem modulierenden Glied ist eine Kammer 27 vorgesehen, die durch den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Kanal 28 mit einem Bezugsdruck, z.B. dem Verdichteraustrittsdruck, beaufschlagt ist.

Das modulierende Glied 18 bleibt in der dargestellten Stellung, bis der Primär-Kraftstoffdruck in dem Kanal 3 einen Wert erreicht, der in der Kurve 30 in Fig.

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durch den Punkt 29 dargestellt ist. Bis zu dem Punkt 29 nimmt die pro Zeiteinheit aus der Primär-Austrittsoffnung 14 austretende Kraftstoffmenge fortschreitend mit der Quadratwurzel des Druckanstieges zu, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wobei der Primär-Kraftstoff durch beide Kanalpaare 15' und 16* und beide Drallkanalpaare 15 und in die Primär-Drallkammer 12 strömt. Ohne die erfindungsgemäße Ausbildung würde die pro Zeiteinheit aus der Priaär-Austrittsöffnung 14 austretende Kraftstoffmenge weiter gemäß der strichlierten Kurve 31 ansteigen und würde der Winkel a des Primär-Sprühkörpers entsprechend der Formel K = A /D D konstantbleiben. In dieser Formel ist A der wirksame Querschnitt der Drallkanäle 15 und 16 und sind D_ und D_e die Durchmesser der Primär-Austrittsoffnung 14 bzw. der Drallkammer 12.

Unter den genannten Betriebsbedingungen nimmt der Winkel a des Primär-Sprühkörpers einen Mindestwert von beispielsweise 45° (linie 32 in Fig. 5, Punkt 34 in Fig. 4) an und erreicht die Abfuhrziffer C ihr Maximum (Punkt 35 in Fig. 4).

Infolgedessen hat der Primär-Sprühkörper die für ein leichtes Anlassen des Triebwerke erwünschte, hohe Konzentration. Wenn der Primär-Kraftstoffdruck jedoch über den vorherbestimmten Wert 29 ansteigt, drückt die Kraft des erhöhten, auf das modulierende Glied 18 wirkenden Druckes die Feder 26 zusammen, so daß die linke Seite der Umfangsnut 19 fortschreitend beginnt, die Kanäle 21 absudecken und dadurch die Strömung des Primärkraftstoffee durch die Drallkanäle 15 zu drosseln. Dabei nimmt A₈ und mit ihm K ab, so daß die Abfuhrziffer C auf den Mindestwert 36 in Fig. 4 ansteigt, während der Winkel a des Primär-Sprühkörpers auf einen Höchstwert 37 in Fig. 4 zunimmt, wenn die Nut 19 die Strömung durch die Drall-

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kanale 15 vollständig absperrt. Dabei kann der Höchstwert des Winkele a des Primär-Sprühkörpers beispielsweise 75 betragen, was durch die Linie 38 in Sig. 5 dargestellt ist. Wenn der Primär-Kraftstoffdruck über den Wert 29 steigt, wird durch die Drosselwirkung des modulierenden Gliedes 18 die pro Zeiteinheit aus der Primär-Austrittsöffnung 14 austretende Strömungsmenge herabgesetzt. Dies ist in Fig. b durch die in der entgegengesetzten Richtung geneigte Kurve 39 dargestellt, die bei der Kennleistung des Triebwerks ihr Llinimum 40 erreicht. Natürlich drosselt die Nut 23 in dem modulierenden Glied 18 die Strömung zu den anderen Drallkanälen 16 nicht. Infolge der Abnahme der Primärströmung auf den Wert 40 und der Zunahme des Winkels des Primär-Sprühkörpers (Punkt 37 in i'ig. 4, Linie 38 in Pig. 5) wird bei der Kennleistung des Triebwerks eine zu reiche Primärbrennzone und eine Rauchentwicklung in dieser vermieden. Der^kleine Winkel a von beispielsweise 45° des Sprühkörpers erleichtert daher durch den stärker konzentrierten Kraftstoffkegel das Anlassen dee Triebwerks.

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Claims

Patentansprüche:

Kraftstoffdüse mit einer Düsenkörperanordnung, die in ihrem Innern einen Kraftstoff- Eintrittskanal besitzt, der über eine Drallkammer und einen Drallkanal mit einer Austrittsöffnung in Verbindung steht, aus welcher der Kraftstoff in Form eines allgemein kegelförmigen Sprühkörpers austritt, gekennzeichnet durch ein druckabhängiges Glied (18), das zum Modulieren der Strömungsmenge dient, in der Düsenkörperanordnung beweglich an£eordnet ist und aufgrund eines Anstieges des Kraftstoff druckes in dem Eintrittskanal (3) über einen vorherbestimmten Wert C29) die Strömungsmenge des Kraftstoffs in dem Drallkanal (15) herabsetzt, wodurch die pro Zeiteinheit aus der Austrittsöffnung (H) austretende Kraftstoffmenge herabgesetzt und der Winkel des von dem austretenden Kraftstoff gebildeten Sprühkörpers vergrößert wird.

2. Kraftstoffdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Glied (18) bei seiner durch einen Anstieg'des Kraftstoffdruckes bewirkten Bewegung einen Kanal (21) drosselt, der von dein Eintrittskanal (3) zu dem Drallkanal (15) führt.

3. Kraftstoffdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Düsenkörperanordnung eine Federanordnung (26) vorgesehen ist, die das genannte Glied (18) belastet und eine Eewegung desselben verhindert, bis der Kraftstoffdruck den vorherbestimmten Wert (29) übersteigt.

4. Kraftstoffdüse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Glied (18) auf einander entgegengesetzten Seiten mit dem Kraftetoffdruck

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in dem Eintrittskanal (3) bzw. einem niedrigeren Bezugsdruck einer Gasturbine oder dergleichen beaufschlagt ist, in der die Düse (1) eingebaut ist.

5. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4f dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) eine Konstante K = A /ΰ_Λΰ_β besitzt, wobei A_e der wirksame Querschnitt de* Drallkanals (15) ist und D₀ und D₈ die Durchmesser der Austrittsöffnung (H) bzw. der Drallkammer (12) sind, so daß bei unter dem vorherbestimmten .i'ert (29) liegenden Kraftstoffdrücken der Winkel des Sprühkörpers den kleinsten und die Abfuhrziffer der Düse den größten Wert hat und daher das Anlassen des Iriebwerks erleichtert wird, und daß bei einer Bewegung des Gliedes (18) unter der Wirkung eines steigenden Kraftstoffdruckes der Wert A_

und mit ihm der Wert K abnimmt, so daß der Winkel des Sprühkörpers zunimmt und die Abfuhrziffer der Düse ab-, nimmt und dadurch bei der Kennleistung des Triebwerks die Bildung von Rauch und/oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen weitestgehend vermieden wird.

6. Kraftstoffdüse mit einer Düsenkörperanordnung, die in ihrem Innern einen Kraftstoffeintrittskanal besitzt, der über eine Drallkammer und mehrere Drallkanäle mit einer Austritteöffnung in Verbindung steht, aus welcher der Kraftstoff in Form eines allgemein kegelförmigen Sprühkörpers austritt, gekennzeichnet durch ein druckabhängiges Glied (18), das zum Modulieren der Strömungsmenge dient, in der Düsenkörperanordnung beweglich angeordnet ist, und aufgrund eines Anstieges des Kraftstoff druckes in dein Eintrittskanal (3) über einen vorherbestimmten :/ert (29) die Strömungsmenge des Kraftstoffes in mindestens einem der Drallkanäle (15, 16) herabsetzt, wodurch die pro Zeiteinheit aus der Austrittsöffnung (14) austretende Kraftstoffmenge herabgesetzt und der

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Winkel dee von dem austretenden Kraftstoff gebildeten Sprühkörpers vergrößert wird.

7* Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet» daß das genannte Glied (18) bei seiner durch eintn Anstieg des Kraftstoffdruckes bewirkten Bewegung einen Kanal (21) drosselt, der von dem Eintrittskanal (3) zu dem genannten einen Drallkanal (15) führt.

8. Düse nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß in der DUsenkörρeranordnung eine Federanordnung (26) vorgesehen ist, die das genannte Glied (18) belastet und eine Bewegung desselben verhindert, bis der Kraftstoffdruck den vorherbestimmten Wert (29) übersteigt.

9. Düse nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Glied (18) auf einander entgegengesetzten Seiten mit dem Kraftstoffdruck in dem Eintrittskanal (3) bzw. einem niedrigeren Bezugsdruck einer Gasturbine oder dergleichen beaufschlagt ist, in der die Düse (1) eingebaut ist.

10. Düse nach einem aer Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) eine Konstante K = A /D_nD besitzt, wobei A_n der wirksame Querschnitt der Drallkanäle (15, 16) ist und D_ und D_e die Durchmesser der Austrittsöffnung (14) bzw. der Drallkammer (12) sind, so daß bei unter dem vorherbestimmten Wert (29) liegenden Kraftstoffdrucken der Winkel des Sprühkörpers den kleinsten und die Abfuhrziffer der Düse den größten Wert hat und daher das Anlassen des Triebwerks erleichtert wird, und daß bei einer Bewegung des Gliedes (18) unter der Wirkung eines steigenden Kraftstoffdruokes der Wert A_e und mit ihm der Wert K abnimmt, so daß der Winkel des SprUhkörpers zunimmt und die Abfuhrziffer der Düse abnimmt und dadurch bei der Nennleistung des Triebwerks

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die Bildung von Rauch und/oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen weitestgehend vermieden wird.

11. Zweikanal-Kraftstoffdüse mit einer Düsenkörperanordnung, die in ihrem Innern einen Primär- und einen Sekundär-Kraftstoffeintrittskanal begrenzt, wobei der Primär-Kraftstoffeintrittskanal über eine Primär-Drallkammer und einen Primär-Drallkanal mit einer Primär-Austrittsöffnung in Verbindung steht und der Sekundär-Kraftstoffeintrittskanal über eine Sekundär-Drallkammer und einen Sekundär-Drallkanal mit einer Sekundär-Austrittsöffnung In Verbindung steht, die mit der Primär-Austrittsöffnung konzentrisch ist, so daß der Kraftstoff aus den Austrittsöffnungen in Form von allgemein kegelförmigen Sprühkörpern austritt, gekennzeichnet durch ein druckabhängiges Glied (18), das zum Modulieren der Strömungsmenge dient, in der Düsenkörperanordnung beweglich angeordnet ist und aufgrund eines Anstieges des Kraftstoff druckes in dem Priniär-Kraft st of feint ritt skanal (3) über einen vorherbestimmten tfert die Strömungsmenge des Kraftstoffs in dem Primär-Drallkanal (15) herabsetzt, wodurch die pro Zeiteinheit aus der Prim^r-Austrittsöffnung (H) austretende Kraft st off menge herabgesetzt und der Winkel des Sprühkörpers, der von dem aus der Primär-Austrittsöffnung austretenden Kraftstoff gebildet wird, herabgesetzt wird.

12. Zweikanal-Kraftstoffdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, das das genannte Glied (18) bei seiner durch einen Anstieg des Kraftstoffdruckes bewirkten Bewegung einen Kanal (21) drosselt, der von dem Primär-Eintrittskanal (3) zu dem Primär-Drallkanal (15) führt.

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15· Zweikanal-Kraftstoffdüse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Düsenkörperanordnung eine Federanordnung (26) vorgesehen ist, die das genannte Glied (18) belastet und eine Bewegung desselben verhindert, bis der Kraftstoffdruck den vorherbestimmten Wert (29) übersteigt.

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