DE2252981A1

DE2252981A1 - Verfahren und einrichtung zum feststellen des zuendens eines brennbaren gases

Info

Publication number: DE2252981A1
Application number: DE19722252981
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Bruemmer
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1972-10-28
Filing date: 1972-10-28
Publication date: 1974-05-02
Also published as: IT1007553B; GB1408228A

Description

VDO * 6 FRANKFURT/MAIN 90

ADOLF SCHINDLING GMBH GRÄFSTRASSE 103

Verfahren und Einrichtung zum Feststellen des Zündens eines brennbarem Gases. .

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feststellen des Zündens eines aus einer Brennerdüse ausströmenden brennbaren Gases, insbesondere in einem Nachbrenner eines Strahltriebwerkes, sowie eine Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.

Bei Strahltriebwerken von Flugzeugen mit einem Nachbrenner wird beispielsweise beim Startvorgang der Schub durch Zünden des Nachbrenners und öffnen der Ausgangsdüse des Triebwerkes erhöht. Hierbei kann es geschehen, daß, wenn der Nachbrenner nicht oder nicht einwandfrei gezündet hat und die Ausgangsdüse geöffnet wird, ein Druckverlust im Triebwerk und infolgedessen anstatt einer Schuberhöhung eine Schubverminderung stattfindet. Dies kann insbesondere beim Startvorgang, aber auch während des normalen Flugbetriebes zu gefährlichen Situationen führen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Vermeidung dieses Effektsin die Nachbrennkammer Druckgeber einzubauen, durch die erst bei Vorhandensein eines bestimmten Druckes im Nachbrenner das öffnen der Triebwerksausgangsdüse freigegeben wird. Dieser Vorschlag läßt sich jedoch nur unter erheblichen Schwierigkeiten realisieren, da bei den modernen Hochleistungstriebwerken der für die Druckgeber erforderliche Einbauraum nicht oder nur in ungenügendem Umfang zur Verfügung steht. Des weiteren ist vorgeschlagen worden, das Zünden des aus der Brennerdüse ausströmenden Gases mittels wärmeempfindlicher Geber zu überwachen. Die für diesen Zweck verwendbaren Thermoelemente und Thermobimetalle haben jedoch den Nachteil, daß sie auf plötzliche Temperaturänderungen, wie sie durch das Zünden des Gases entstehen, nur sehr langsam ansprechen und

- 2 409818/.0 69 4

infolgedessen zwischen der Zündung des Gases und dem Öffnen der TriebwerksausgangsdUse eine unzulässig lange Zeit verstreicht.

Diese Schwierigkeiten und Nachteile sollen durch die Erfindung Überwunden werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem schnell und zuverlässig das Zünden des aus einer Brennerdüse ausströmenden Gases festgestellt werden kann und das die Schaffung einer Einrichtung erlaubt, die einen einfachen und billigen Aufbau und ein möglichst geringes Bauvolumen besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Konzentration der Ionen im Gasstrom gemessen und das überschreiten einer bestimmten lönenkonzentration als Kriterium für das Zünden des Gases herangezogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der bekannten Tatsache aus, daß die lönenkonzentration in einem Gasstrom vor seiner Entzündung um ein Vielfaches geringer ist als nach der Zündung. Da nach der Zündung des Gasstromes die Ionenkonzentration sehr rasch auf einen bestimmten Endwert ansteigt und die Messung der lönenkonzentration auf rein elektrischem Wege erfolgen kann, läßt sich mit diesem Verfahren äußerst schnell das Zünden des Gasstromes feststollen. Die Triebwerksionen haben auf das Meßergebnis keinen Einfluß, da ihre Lebensdauer sehr kurz ist.

Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht nach einem weiteren Gedanken der Erfindung aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten, sich in den Bereich des Gasstromes erstreckenden Elektroden, deren dem Gasstrom abgewandte End?n über eine in Reihe mit den Eingängen des Anzeige- oder Schaltsystpras liegende Spannungsquelle miteinander verbunden sind. Da sowohl die Abmessungen der Elektroden nn ihrem wirksamen Ende als auch ihr Abstand zueinander relativ klein gehalten - im allgemeinen

4098 1 8/0694 " ³ "

handelt es sich um zwei bsi drei Zentimeter - und zudem für die Elektroden einfach herstellbare Formen gewählt werden können, ergibt sich eine einfache und billige Einrichtung geringen Bauvolumens, die ohne Schwierigkeiten auch in modernen Hochleistungstriebwerken untergebracht werden kann.

Die Lage der Elektroden kann in weiten Grenzen nahezu beliebig gewählt werden. So können die Elektroden parallel zur Ausströmrichtung auf beiden Seiten des Gasstromes oder, was montagetechnisch günstiger ist, in Ausströmrichtung des Gases hintereinander angeordnet werden. Wesentlich ist nur, daß das sich zwischen den Elektroden aufbauende elektrische Feld zumindest einen Teil des Gasstromes durchdringt.

Entsprechendes gilt für die Form der Elektroden. Als besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine weitere Vereinfachung und Verbilligung des Aufbaus der Einrichtung hat es sich erwiesen, als eine der beiden Elektroden die Brennerdüse vorzusehen. Darüber hinaus empfiehlt es sich, bei hintereinander angeordneten Elektroden zur Erreichung eines günstigen Wirkungsgrades der Meßeinrichtung mindestens eine der Elektroden an ihrem dem Gasstrom zugewandten Ende in Form eines Ringes auszubilden, der konzentrisch zum Gasstrom angeordnet ist.

Als Spannungsquelle, kann eine Wechselspannungsquelle oder, was meßtechnisch, vorteilhafter ist, eine Gleichspannungsquelle verwendet werden. Der Anschluß der Elektroden an die Gleichspannungsquelle erfolgfbei hintereinander angeordneten Elektroden bevorzugt derart, daß die in Ausströmrichtung des Gases zvreite Elektrode auf positivem und die andere Elektrode auf negativem Potential oder Nullpotential liegt. Dies hat, v/ie eine Reihe von Versuchen gezeigt hat, gegenüber einer anderen Polung der Elektroden den Vorteil, daß sich ein über einen weiten Elektrodenabstands- und Elektrodenforrabereich hoher Ionenstrom durch die Meßeinrichtung ergibt.und infolgedessen auf eins genaue Justierung

4 0 9 8 1 8/069A

der Elektroden nach ihrer Montage zur Erzielung eines Optimums verzichtet werden kann.

Unter Umständen kann es bei einer durch den zur Verfügung stehenden Einbauraum hervorgerufenen ungünstigen Form und Anordnung der Elektroden geschehen, daß der Widerstand zwischen den Elektroden bei gezündetem Gas in die Größenordnung des Widerstandes der Elektrodenisolation kommt und über das Anzeige- oder Schaltsystem ein störender Isolationsstrom fließt. Um dies zu verhindern, ist nach einem weiteren Gedanken der Erfindung in Jedem eine Elektrode mit ihrem dem Gasstrom abgewandten Ende aufnehmenden Isolierkörper eine dieses Ende mit Abstand umhüllende Schirmelektrode angeordnet, die unmittelbar mit der anzeige- oder schaltsystemseitigen Klemme der Spannungsquelle in Verbindung steht. Dadurch wird erreicht, daß der Isolationsstrom nicht mehr über das Anzeige- oder Schaltsystem fließt, sondern unmittelbar die Spannungsquelle belastet.

Die Erfindung sei anhend der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erläutert. Es zeigen

Fig.1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung und

Fig.2 ein Ersatzschaltbild der Einrichtung nach Fig.1.

Die Einrichtung zum Feststellen des Zündens eines aus einer Brennerdüse 1 eines Triebwerknachbrenners ausstömenden, brennbaren Gases 2 umfaßt, wie aus Figur 1 hervorgeht, zwei Elektroden 3 und 4,die in Ausströmungsrichtung 5 des Gases 2 hintereinander angeordnet sind, ein Schaltsystem 6, über das der Öffnungsmechanismus der Triebwerkausgangsdüse angesteuert wird, und eine Gleichspannungsquelle 7.

A09818/0694 - 5 -

Die Elektrode 3 ist in Form eines Ringes 8 ausgebildet, der konzentrisch zum Gasstrom angeordnet ist. Das dem Gasstrom abgewandte Ende 9 der Elektrode 3 sitzt in einem Isolierkörper 10, der seinerseits an einem Bauteil, beispielsweise der Wand 11 des Nachbrenners befestigt ist. Die Elektrode 3, die aus einem Draht aus einer Platin-Rhodium- oder Platin-Iridium-Legierung hergestellt ist, ist über den Eingang des Schaltsystems 6 mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 7 verbunden. Die andere Elektrode 4 der Einrichtung ist die Brennerdüse 1, die über die metallischen Teile des Triebwerks und gegebenenfalls die des Flugzeuges mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 in Verbindung steht.

In dem Isolierkörper 10 befindet sich eine das Ende der Elektrode 3 mit Abstand umhüllende Schirmelektrode 12, die unmittelbar an den schaltsystemseitigen, positiven Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.

Diese Einrichtung läßt sich bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften auf ein Ersatzschaltbild zurückführen, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Der von der Ionenkonzentration abhängige Widerstand zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 ist mit R,^, der Isolierwiderstand zwischen der Elektrode 3 und der Schirmelektrode 12 mit Ri₁ und der Isolationswiderstand zwischen der Schirmelektrode 12 und der auf negativem Potential liegenden Wand 11 des Nachbrenners mit Ri₂ bezeichnet. Vom Schaltsystem 6 ist ferner der Innenwiderstand R„ dargestellt. Wie ersichtlich,fließt bei einem solchen Aufbau der störende Isolationsstrom nicht mehr über den Innenwiderstand R_e des Schaltsystems 6, sondern belastet ausschließlich die Spannungsquelle 7. Für den durch den Widerstand R,^

40981 8/0694

fließenden Meßstrom wirkt der Isolationsteilwiderstand Ri₁ als shunt, was zur Folge hat, daß der Innenwiderstand R

wesentlich kleiner sein muß als der Isolationsteilwiderstand Ri₁, wenn die Einrichtung einwandfrei funktionieren ßoll. Diese Bedingung kann in einfacher Weise dadurch erfüllt werden, daß in den Eingang des Schaltsystems 6 ein Operationsverstärker gelegt wird.

A098 1 8/069A

Claims

Patentansprüche.

1. l) Verfahren zum Peststellen des Zündens eines aus einer Brennerdüse ausströmenden, brennbaren Gases, insbesondere in einem Nachbrenner eines Strahltriebwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Ionen im Gasstrom gemessen und das überschreiten einer bestimmten Ionenkonzentration als Kriterium für das Zünden des Gases (2) herangezogen wird.

2./ Einrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei im Abstand zueinander angeordnete sich in den Bereich des Gasstromes erstreckende Elektroden (3,4), deren dem Gasstrom abgevrandte Enden (9) über eine in Reihe mit dem Eingang des Anzeige- oder Schaltsystems (6) liegende Spannungsquelle (7) miteinander verbunden sind.

3./ Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der beiden Elektroden (4) die Brennerdüse (1) vorgesehen ist.

4./ Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3,4) in Ausströmrichtung (5) des Gases (2) hintereinander angeordnet sind.

5./ Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Elektroden (3,4) an ihrem dem Gasstrom zugewandten Ende in Form eines Ringes (8) ausgebildet ist, der konzentrisch zum Gasstrom angeordnet ist.

4 0 9 8 1 8/0694

6./ Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsquelle eine Gleichspannungsquelle (7) vorgesehen ist.

1,1 Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Ausströmrichtung (5) des Gases (2) zweite Elektrode (3) auf positivem und die andere Elektrode (4) auf negativem Potential oder Nullpotential liegt.

8./ Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß in jedem eine Elektrode (3,4 mit ihrem dem Gasstrom abgewandten Ende (9) aufnehmenden Isolierkörper (10) eine dieses Ende (9) mit Abstand umhüllende Schirmelektrode (12) angeordnet ist, die unmittelbar mit der anzeige- oder schaltsysteraseitigen Klemme der Spannungsquelle (7) in Verbindung steht.

A098 1 8/069A