DE2356427A1

DE2356427A1 - Brennstoffinjektor

Info

Publication number: DE2356427A1
Application number: DE2356427A
Authority: DE
Inventors: Jean Robert Bedue; Bernard Andre Cantaloube; Jacques Emile Jules Caruel
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1972-11-13
Filing date: 1973-11-12
Publication date: 1974-05-16
Also published as: US3937011A; DE2356427C2; GB1421399A

Description

Dr.E.WlBgIkDIpI-InB-W.Niemann -9· 11· "

Dr. M. Köhler, Dipl-Ing. C. Gernhardt

Patentanwälte

Hamburg 50 - Königstraße 28 -

Tel.No.381233 2356427

Telex: 212979 karpd

W.26029/73 8/Hh

Societe Nationale d¹Etude et de Construction
de Moteurs deviation

Paris (Frankreich)

Brennstoffinjektor.

Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffinjektoren,
die im besonderen in Strahltriebwerken von Flugzeugen verwendbar sind, und sie betrifft insbesondere einen Injektor derjenigen Art, bei welchem ein Brennstoff enthaltender
ringförmiger Zwischenstrom zwischen einen ersten (oder
inneren) Luftstrom und einen zweiten Luftstrom,gefügt bzw. geschichtet ist, die durch Wirbelbeschaufelungen (zuweilen auch mit "Swirler" bezeichnet) derart in Drehung versetzt
werden, daß diese beiden Ströme auf den Zwischenstrom einen Schereffekt ausüben, welcher die Zerstäubung und die Verdampfung des Brennstoffs beschleunigt.

Es ist einleuchtend, daß die Zerstäubung und die Verdampfung um so schneller erfolgen, je stärker der Schereffekt ist, jedoch muß vermieden, werden, daß die durch die gegenseitige Einwirkung der Ströme erzeugten örtlichen
Überdrücke kein Bückströmen von Brennstoff in Stromauf—

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wärtsrichtung hervorrufen. Der zerstäubte und verdampfte Brennstoff ist außerdem dazu bestimmt, in einer Strömung heißer Gase zu verbrennen, und der von den Beschaufelungen ("Swirler") in dem aus dem Injektor austretenden Strom erzeugte Wirbel kann in diesem Strom eine Unterdruckzone entstehen lassen, die das bildet, was man einen Ansaugkegel für die heißen Gase nennt. Ein solcher Ansaugkegel ist für die Verdampfung des Brennstoffs günstig, jedoch ruft er im allgemeinen eine Erhitzung hervor, die eine Gefahr zur Beschädigung des Injektors darstellt.

Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verwirklichung eines Injektors der oben genannten Art zu ermöglichen, der einen starken Schereffekt erzeugt, ohne daß die Gefahr des Rückströmens von Brennstoff in Stromaufwärtsrichtung besteht. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, die Verwirklichung eines Injektors zu ermöglichen, der die Bildung eines Ansaugkegels hervorruft, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung des Injektors durch die Hitze besteht.

Gemäß der Erfindung wird der innere Luftstrom in einer rohrförmigen Leitung, die an ihrem stromaufseitigen Ende durch einen Boden verschlossen ist, erzeugt und von einer Zentripetalbeschaufelung in Drehung versetzt, die in diese rohrförmige Leitung stromauf einer ringförmigen Leitung mündet, welche mit Brennstoff gespeist wird und welche ihrerseits an ihrem stromabseitigen Ende in die rohrförmige Leitung mündet, wobei sie in dieser eine plötzliche Erweiterung bildet, so daß ein Gemisch aus Luft und Brennstoff von dem inneren Strom längs der Wandung der rohrförmigen Leitung in Stromabwärtsrichtung mitgenommen wird, um danach zwischen den inneren Luftstrom und den zweiten Luftstrom, der um die rohrförmige Leitung herumströmt, gefügt bzw. geschichtet zu werden.

Gemäß einer Besonderheit der Erfindung wird der die ringförmige Leitung speisende Brennstoff in Drehung ver-

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setzt. Er wird daher durch Zentrifugalwirkung an die Außenwand-"der ringförmigen Leitung angelegt, und heiße Luft wird in die Mitte des Injektors gesaugt. Wenn die Innenwand der ringförmigen Leitung nicht bis an das Ende des Injektors, verlängert ist, kann das Gemisch aus Luft und Brennstoff beginnen, sich im Inneren des Injektors mit einem Verdampfung sb eg inn zu bilden.

Gemäß einer anderen Besonderheit der Erfindung geht der in den Injektor eintretende Brennstoff durch Kanäle hindurch, die in dem Boden ausgebildet sind, welcher das stromaufseitige Ende der rohrförmigen Leitung verschließt. Dieser Boden wird auf diese Weise aufgrund des Umstandes wirksam gekühlt, daß außerdem die Gesamtheit des Brenn— Stoffs in dem zentralen Teil des Bodens ankommt, wodurch die Beschädigung des Injektors durch die Hitze trotz Bildung eines Ansaugkegels vermieden wird. Diese wirksame Kühlung verhindert außerdem die Bildung von Kohlenstoffablagerungen in der Mi^te des Injektors im Zusammenwirken mit dem Vorhandensein der Strömung, die aus der Zentripetalbeschaufelung austritt»

Es wurde gefunden, daß der Injektor gemäß der Erfindung Antiverunreinigungsqualitäten aufweist, d.h. ein Strahltriebwerk, welches mit Injektoren gemäß der Erfindung ausgerüstet ist, stößt beträchtlich geringere Mengen an Kohlenoxyd, nichtverbrannten Kohlenwasserstoffen und Stickoxyden in. die Atmosphäre aus als Triebwerke, die mit Injektoren bekannter Art ausgerüstet sind. Indessen besteht "bei einem weit entwickelten Motor die Gefahr, daß diese Ausstöße noch zu reichlich sind, und die Erfindung bezweckt ferner, eine Vervollkommnung vorzusehen, die ermöglicht^ die Antiverunreinigungsqualitäten zu verbessern*

Gemäß dieser Vervollkommnung mündet der zweite Luftstrom in die rohrförinige Leitung stromauf einer zweiten ringförmigen Leitung, die mit einer Brennstoffquelle verbunden werden kann und die ihrerseits an ihrem stromab-

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seit igen Ende in die rohrförmige Leitung mündet, wobei sie in dieser eine zweite plötzliche Erweiterung bildet, und ein dritter Luftstrom, der von einer dritten Wirbel— beschaufelung in Drehung versetzt wird, strömt um die rohrföraiige Leitung herum. Der zweite Luftstrom wird vorzugsweise von einer Zentripetalbeschaufelung erzeugt.

Der in dieser Weise ausgebildete Injektor weist daher eine erste Brennstoffzufuhr, die einen ersten Zwischenstrom zu bilden gestattet, welcher zwischen den inneren Luftstrom und den zweiten Luftstrom gefügt ist und dabei einer Scherwirkung unterworfen wird, und eine zweite Brennstoffzufuhr auf, die einen zweiten Zwischenstrom zu bilden gestattet, welcher zwischen den zweiten Luftstrom und den dritten Luftstrom gefügt ist und dabei einer Scherwirkung unterworfen wird. Die erste Brennstoffzufuhr ist allein im Verlangsamungsbetrieb wirksam, und die beiden Brennstoffzufuhren sind gleichzeitig im Vollgasbetrieb wirksam. Anders ausgedrückt, wird, um den Motor im Verlangsamungsbetrieb arbeiten zu lassen, dem ersten Zwischenstrom die gesamte Verlangsamungsbrennstoffmenge zugeführt; der Brennstoff verbrennt mit einem guten Wirkungsgrad, was ermöglicht, die van dem Motor ausgestoßenen Mengen an Kohlenoxyd und nichtverbrannten Kohlenwasserstoffen herabzusetzen. Um den Motor in den anderen Betriebszuständen und insbesondere im Vollgasbetrieb arbeiten zu lassen, wird die notwendige Brennstoffmenge auf die beiden Zwischenströme verteilt, was ermöglicht, die Temperaturheterogenitäten in der Verbrennungszone und damit die von dem Motor ausgestoßenen Mengen an Stickoxyden herabzusetzen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors gemäß der Erfindung nach der Linie I-I von Fig. 2.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach der Linie II-II

von Fig. i.

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Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Aufbauteile des Injektors gemäß Fig. i und 2.

Fig. k ist eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht einer anderen Ausführungsform.

Fig. 5 ist eine den Figuren 2 und k ähnliche Schnittansicht ,welche die oben genannte Vervollkommnung in schematischer Weise veranschaulicht.

Der in Fig. i bis 3 dargestellte Brennstoffinjektor ist von. drei miteinander vereinigten Teilen gebildet, nämlich einem äußeren Teil oder einer ringförmigen Haube 1, einem zentralen ringförmigen Teil 2, der eine rohrförmige Leitung 3 und eine in diese mündende ringförmige Leitung h bildet, und einem hinteren Teil 5, der den Boden der rohrförmigen Leitung 3 bildet, wobei der zentrale Teil 2 mit der Haube 1 und dem Boden 5 durch zwei Beschaufelungen 6 und 7 verbunden ist, von denen die eine eine Axialbeschau— feiung und die andere eine Zentripetalbeschaufelung bildet. Die Haube 1 weist einen hinteren zylindrischen Teil 8 und einen vorderen Teil 9 auf, der innen kegelstumpfförmig ausgebildet und außen mit einem Flansch 9aversehen ist,_in dem Löchei 9b ausgebildet sind, welche zum Befestigen des Injektors an einer nicht dargestellten Brennkammer dienen.

Der zentrale Teil 2 ist von zwei ringförmigen Stücken iO und 11 gebildet. Das eine ringförmige Stück iO von im wesentlichen dreieckigem axialem Querschnitt weist eine zylindrische Innenwand iOa und eine kegelstumpfförmige Außenwand 10b auf, und in seiner ebenen Hinterfläche 10c sind eine ringförmige Aussparung iod, Ausschnitte iOe, die von dieser Aussparung ausgehen und tangential in die zylindrische Innenwand iOa münden (in Fig. 3 ist nur ein einziger dieser Ausschnitte dargestellt), sowie ein Umfangsfalz 1Of ausgebildet. Das andere ringförmige Stück il weist einen äußeren Teil 12 auf, der durch eine ringförmige Platte 13 mit einem inneren zylindrischen Teil 14 verbunden ist. Der äußere Teil 12 bildet vor der Platte 13 einen zylindrischen

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Fortsatz 12a, dessen vorderes Ende in dem Falz 1Of aufgenommen und festgeschweißt ist, so daß die ebene Vorderfläche 13a der Platte 13 an der ebenen Hinterfläche iOc des Stükkes 10 anliegt. Der äußere Teil 12 weist eine zylindrische Außenwand 12b auf, an welcher die inneren Kanten der Schaufeln der Axialbeschaufelung 6 angeschweißt sind, während die äußeren Kanten dieser Schaufeln an dem hinteren zylindrischen Teil 8 der Haube 1 angeschweißt sind. Diese Schaufeln der Beschaufelung 6, von denen nur einige in Fig. i und 3 dargestellt sind, sind derart geneigt, daß sie einem äußeren (oder zweiten)Luftstrom, der schematisch durch strichpunktiert Pfeile 15 angedeutet ist und in den ringförmigen Kanal zwischen der Wand 12b des Teiles 12 und dem zylindrischen Teil 8 der Haube 1 axial eintritt, eine Drehung erteilen.

Die hintere Fläche der ringförmigen Platte 13 weist einen ebenen inneren Teil auf, der über einen gebogenen Teil 12c von großem Krümmungsradius in die Innenwand des äußeren Teils 12b übergeht. Der innere zylindrische Teil 14 liegt vollständig vor der Platte 13 und erstreckt sich bis zu etwa einem Drittel der axialen Länge des Stückes 10, wobei er zu 'aminen mit dessen Innenwand 10a die ringförmige Leitung k begrenzt, die in die rohrfönnige Leitung 3 mündet, indem sie in dieser eine plötzliche Erweiterung bildet. Der aus den vereinigten Stücken 10 und Ii bestehende zentrale Teil 2 des Injektors bildet innen eine ringförmige Kammer 16, die zwischen der ebenen Vorderfläche 13a der Platte 13 und der Aussparung iOd in der Hinterfläche des Stückes 10 liegt und von der Kanäle 17 ausgehen, die zwischen der ebenen Vorderfläche 13a der Platte 13 und den Ausschnitten 1Oe liegen und tangential in die ringförmige Leitung h münden. Die Platte 13 ist von zwei sich diametral gegenüberliegenden Löchern 18, 18a durchsetzt, welche axial in die ringförmige Kammer 16 münden.

Der hintere Teil 5 des Injektors ist von einer runden Platte 19 gebildet, die an ihrer Hinterseite mit einem Sack-

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loch 20 versehen ist, in welches ein Rohr 21 eingesetzt ist. Das Sackloch 20 ist von einer Bohrung 20a geschnitten, welche die Platte 19 diametral durchquert. In jedes Ende dieser Bohrung 20a ist ein Rohr 22 bzw. 22a eingesetzt, das parallel zu dem Rohr 21 nach vorn umgehogen ist. Die Vorderfläche der Platte 19 weist einen zentralen konischen Teil i9a auf, der über einen gebogenen Teil 19b von großem Krümmungsradius in einen ebenen ringförmigen Umfangsteil 19c übergeht. An diesen ebenen ringförmigen Teil 19c sind die hinteren Kanten von Schaufeln der Zentripetalbeschaufelung 7 angeschweißt, und die vorderen Kanten dieser Schaufeln sind an die Hinterseite des ebenen inneren Teils der ringförmigen Platte 13 angeschweißt. Die runde Platte 19 ist auf diese Weise an dem zentralen Teil 2 des Injektors derart befestigt,, daß sie den Boden der rohrförmigen Leitung 3 bildei und zusammen mit der ringförmigen Platte 13 eine ringförmige Leitung 23 begrenzt, die sich dazu eignet, in die rohr— förmige Leitung 3 stromauf der ringförmigen Leitung k einen inneren (oder ersten) Luftstrom einzuführen, der in Fig. schematisch durch die strichpunktierten Pfeile 2k angedeutet is„. Die vorderen Enden der Rohre 22, 22a sind in den Löchern 18 bzw. 18a aufgenommen. Die Schaufeln der Beschaufelung 7, von denen in Fig. 1 nur einige dargestellt sind, sind derart geneigt, daß sie einen Zentripetal-"Swirler" bilden, der dem inneren Luftstrom 2k eine Drehung erteilt, die in der gleichen oder entgegengesetzten Richtung wie die Drehung des äußeren Luftstroms 15 verläuft.

Wenn der.Injektor mittels seines Flansches 9a am vorderen Teil einer nicht dargestellten Brennkammer angebracht ist, befindet er sich im Betrieb in einer axialen Luftströmung, welche einerseits in den Eingang der Leitung 23 eintritt, um den inneren Luftstrom 2k zu bilden, der aus der rohrförmigen Leitung 3 wirbelnd austritt, und andererseits in die Beschaufelung 6 eintritt, um den äußeren Luftstrom

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15 zu bilden, der, indem er um den inneren Strom 2k wirbelt, durch den Kanal austritt, der zwischen der kegelstumpfförmigen Außenwand 10b des Stückes 10 und der kegelstumpfförmigen Innenwand des Teiles 9 der Haube i gebildet ist. Dem Rohr 21 wird flüssiger Brennstoff zugeführt, der durch die Bohrung 20a und die Rohre 22, 22a hindurch in die ringförmige Kammer 16 eintritt und aus dieser durch die Kanäle 17 hindurch austritt, die ihn tangential in die ringförmige Leitung k in Form eines Flüssigkeitsstromes abgeben, dem eine Drehung in der gleichen Richtung wie dem inneren Luftstrom 2k erteilt wird. Dieser in Drehung befindliche Flüssigkeitsstrom hat das Bestreben, sich an die Wand iOa des Stückes iO anzulegen. Der Brennstoff wird außerhalb der ringförmigen Leitung k von dem inneren Luftstrom 2k mitgenommen, wobei er einen ringförmigen Zwischenstrom bildet, der in Fig. 2 schematisch durch die Pfeile 25 angedeutet ist. Dieser Zwischenstrom strömt längs der Wand 10a und wird danach zwischen den inneren Strom 2k und den äußeren S«rom 15 gefügt, wobei der sich daraus ergebende Schereffekt die Zerstäubung und die Verdampfung des Brennstoffs beschleunigt und seine Verbrennung in der nicht dargestellten Brennkammer verbessert.

Es sei darauf hingewiesen, daß der innere zylindrische Teil Ik des Stückes 11 eine Wand bildet, die das Gemisch aus Luft und Brennstoff auf einer Strecke schützt, die ausreicht, damit nicht die Gefahr besteht, daß das Gemisch stromaufwärts durch die Leitung 23 zurückströmt. Ferner kann die Platte 19, die das stromaufseitige Ende der rohrförmigen Leitung 3 verschließt, keine Veranlassung für Kohlenstoff— ablagerungen geben, weil diese von der Luft der inneren Beschaufelung weggetrieben werden, und überdies kann die Platte 19 sich nicht erhitzen, und zwar wegen der inneren Kühlung der Platte durch den Brennstoff, der durch die Bohrung 20a hindurchströmt. Dies stellt einen richtigen Vorteil dar, weil bei den meisten Injektoren bekannter Art die

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Gefahr einer zentralen Überhitzung sowie die Gefahr für Kohlenstoffablagerungen an dieser Stelle besteht.

Bei der dargestellten Ausführungsform drehen' sich der äußere Luftstrom und der innere Luftstrom in gleicher Richtung, was für die Stabilität der Verbrennung günstig ist. Bei einem Injektor gemäß der Erfindung, der bei einer Brennkammer verwendet werden soll, die das Bestreben hat, viel Rauch zu erzeugen, würde es von Vorteil sein, daß die beiden Luftströme sich in entgegengesetzter Richtung drehen; dadurch würde der Rahmen der Erfindung nicht verlassen.

Es sei ferner bemerkt, daß die beschriebene und dargestellte Ausführung (Beschaufelung 7, die einen Zentripetal-"Swirler" bildet, besondere Form der Flächen 19a und 19b, Anordnung der Brennstoffeinlasse, die in dem in Drehung befindlichen inneren Strom keine merkliche Spur erzeugen) ermöglicht, einen inneren Strom 24 zu erzielen, der geeignet ist, in der Strömung der heißen Gase stromab des Injektors eine Unterdruckζone zu erzeugen, die einen Ansaugkeg 1 für die heißen Gase bildet. Der Ansaugkegel, der, wie bereits oben erläutert, für die Verbrennung sehr günstig ist, führt nicht zu der Gefahr einer Beschädigung des Injektors durch die Hitze, und zwar aufgrund der intensiven Kühlung, die durch den Durchgang des Brennstoffs durch die Bohrung 20a, die Rohre 22 und 22a, die ringförmige Kammer 16 und die Kanäle 17 gewährleistet wird.

An dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind im Rahmen der Erfindung verschiedene Abwandlungen möglich. Insbesondere könnte man den Brennstoff, statt ihn durch die diametrale Bohrung 20a der Platte 19 hindurchströnien zu lassendurch einen oder mehrere Kanäle hindurchströmen las— sen, die mit einer oder mehreren Stellen der ringförmigen Kammer i6 verbunden sind. Gemäß einer Variante könnte der Brennstoff sogar durch das Innere der Schaufeln der Zentripetalbeschaufelung 7 strömen gelassen werden, was den Vorteil haben würde, daß der Wirbelstrom der von den Hinder-

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nissen, welche die Rohre 22, 22a darstellen, erzeugt wird, in absoluter Weise beseitigt wird. Ferner wird der Rahmen der Erfindung nicht verlassen, wenn die Axialbeschaufelung 6 durch eine Zentripetalbeschaufelung ersetzt wird, wie sie in Fig. k bei 6¹ wiedergegeben ist.

Der in Fig. 4 wiedergegebene Injektor weist wie derjenige gemäß Fig. 1 bis 3 einen zentralen Teil 2¹ auf, der eine rohrförmige Leitung 3* bildet, die stromaufseitig durch einen Boden 5 geschlossen ist. Der innere Luftstrom 2h wird auch hier wieder von einer Zentripetalbeschaufelung 7 erzeugt, jedoch wird der äußere Luftstrom 15* von einer Beschaufelung 6¹ erzeugt, die ebenfalls von der Zentripetalart ist. Der zentrale Teil 2¹ umfaßt ein ringförmiges Stück 11, das demjenigen der Ausfünrungsform gemäß Fig. 1 bis 3 ähnlich ist, und ein ringförmiges Stück 10», welches sich von dem Stück 10 darin unterscheidet, daß es im axialen Schnitt allgemein L-förmig ist, daß seine.Innenwand einen zylindrischen Teil 10'a aufweist, an den sich ein kurzer divergierender kegelstumpffönuiger Teil 26 anschließt, und daß seine Außenwand einen zylindrischen Teil 27 aufweist, der die äußere zylindrische Wand 12b des Stückes 11 verlängert und der durch einen ebenen Teil 28 mit einem zylindrischen Teil 10'b von kleinerem Durchmesser verbunden ist.

Die Haube 1 ist weggelassen und durch ein kurzes zylindrisches Stück 9^f ersetzt, das den gleichen Außendurchmesser wie der zylindrische Teil 27 hat und dessen Innendurchmesser etwas größer als der zylindrische Teil 10«b ist.

Die Schaufeln der Beschaufelung 6* sind mit ihrer Hinterkante an der ebenen Wand 28 und mit ihrer Vorderkante an der Hinterseite des zylindrischen Stückes 9¹ angeschweißt. Das zylindrische Stück 9¹ begrenzt zusammen mit dem ringförmigen Stück 10* einen ringförmigen Kanal, der einen zentripetalen Teil 29a, welcher radial zur Außen-

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seite des Injektors ausmündet, und einen axialen Teil 29b aufweist, welcher um den Ausgang der rohrförmigen Leitung 3' herum ausmündet. Buren diesen ringförmigen Kanal strömt der äußere Luftstrom 15*, welcher der Luftströmung entnommen wird, in die der Injektor eingetaucht ist, wobei die Abgabemenge dieses Stromes 15' durch den statischen Druck der Luftströmimg bestimmt wird und nicht durch ihren totalen Druck wie im Fall der Ausführungsform gemäß Pig. i bis 3« Auch hier simö die Schaufeln der Beschaufelung 6^f in der gleichen Äiclttung wie die Schaufeln der Beschaufelung 7 geneigt, jeäocii könnten sie gemäß einer Variante auch in entgegengesetzter Richtung geneigt sein«

Nachstehend wird anhand von'Fig. 5 die Vervollkommnung beschrieben,, welche die.Antiverunreinigungsqualitäten des BrennstoffInjektors zu verbessern gestattet.

Der in Fig. 5 int Schnitt ansicht dargestellte Injektor ist von einer AusftOirungsforiu, die mit denjenigen vergleichbar ist, welche in Fig_e i bis h wiedergegeben sind, und die A^fbauteile_s welche die gleiche Rolle wie bei den vorhergehenden Aiisiliiirraigsiormen spielen,, sind mit den gleichen Bezugsziffera, jedoch uej iOO erhöht_s bezeichnete

Die rohrfönsige Leitung 103 ist an ihrem stromauf— seitigen Ende durch den Boden 105 geschlossen, und ihr stromabseitiger Teil ist außen durch das ringförmige Stück 110 Von im wesentlichen dreieckigem axialen Querschnitt

begrenzt, welches mit dem hinteren zylindrischen Teil der ringförmigen Haube 101 durch eine Beschaufelung 106 verbunden ist, die eine Axialbeschaufeiung bildet. Der ringförmige Kanal zwischen dem vorderen Teil 109 der Haube 101 und dem Stück 110 ist hier mit 30 bezeichnet» Der Boden 105, der von der runden Platte 119 gebildet ist, die auf ihrer Vorderseite mit dem zentralen konischen Teil 119a versehen ist, ist mit der ringförmigen Platte 113 des ringförmigen Stückes ill durch die Zentripetalbeschaufelung verbunden, die dazu bestimmt ist, den durch den ringförmi—

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gen Kanal 123 eintretenden inneren Luftstrom 124 in Drehung zu versetzen und ihn in die rohrfönnige Leitung abzugeben. Der innere zylindrische Teil 114 des Stückes 111 begrenzt innen die ringförmige Leitung 104, die in die rohrförmige Leitung 103 niit einer plötzlichen Erweiterung mündet und die normalerweise mit Brennstoff über die Kanäle 117 gespeist wird, die von der ringförmigen Kammer 116 ausgehen, welche ihrerseits durch die Beschaufelung 107 hindurch über die schematisch bei 122 wiedergegebenen Kanäle gespeist wird, die von dem zentralen Hohlraum 120 des Bodens 105 ausgehen, der durch die Rohrleitung 121 mit einer nicht dargestellten Brennstoffquelle verbunden ist.

Die ringförmige Leitung 104 ist jedoch außen nicht durch das Stück 110, sondern durch einen ringförmigen Teil 31 begrenzt, in dem die ringförmige Kammer 116 und die Kanäle 117 ausgebildet sind und der eine zylindrische ¥and 31a aufweist, welche die rohrförmige Leitung 103 auf einem Teil ihrer Länge außen begrenzt. Dieses ringförmige Stück 31 ist durch eine Zentripetalbeschaufelung 32 mit einer ringförmi^oii Platte 35 verbunden, die einen Teil eines ringförmigen Stückes 33 bildet, das wie das Stück 111 einen äußeren Teil 34 aufweist, der durch die Platte 35 mit einem inneren zylindrischen Teil jb verbunden ist. Der äußere Teil 34 ist an dem ringförmigen Stück 110 befestigt und durch die Beschaufelung 106 mit dem hinteren zylindrischen Teil 108 der ringförmigen Haube 101 verbunden, wobei dieser äußere Teil 34 gegen das stromaufseitige Ende des Injektors verlängert ist und um das Stück 31 herum einen ringförmigen Kanal 37 begrenzt. Der innere zylindrische Teil 36 erstreckt sich über einen Teil der axialen Länge des Stückes 110, wobei er mit dessen Innenwand 110a eine zweite ringförmige Leitung 38 begrenzt, die in die rohrförmige Leitung 103 mündet, wobei sie in dieser eine zweite plötzliche Erweiterung bildet. Diese zweite ringförmige Leitung 38 ist

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über Kanäle 39 mit einer zweiten Ringkammer 40 verbunden, die ihrerseits über schematisch bei 41 wiedergegebene Kanäle, die das Stück 31 und die Beschaufelung 32 durchqueren, mit einer Rohrleitung 42 verbunden ist, die mit der nicht dargestellten Brennstoffquelle verbunden werden kann. Diese Rohrleitung 42 und die Rohrleitung 121 erstrecken sich durch einen Brennstoff einlaßaria 43 hindurch.

Es sei bemerkt, daß die Ausbildung und die Anordnung der zweiten Zentripetalbeschaufelung 32 und des die zweite ringförmige Leitung 38 begrenzenden ringförmigen Stückes mit der Ausbildung und Anordnung der ersten Zentripetalbeschaufelung 107 und des die erste ringförmige Leitung 104 begrenzenden ringförmigen Stückes ill identisch sin<3, daß die Ringkammer 40 und die Kanäle 39 mit der Ringkaiamer 116 und den Kanälen 117 identisch sind, und daß die Hindurchführung der Kanäle 41 durch die Beschaufelung 32 in der gleichen ¥eise wie die Hindurchführung der Kanäle 122 durch die Beschaufelung 107 erfolgen kann. Die Elemente 107, Hi, 104, 116, 117 und ,122, die schematisch dargestellt sind, können wie die entsprechenden Elemente der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt werden. Es erscheint daher nicht notwendig, sie hier erneut im einzelnen zu beschreiben.

Wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Haube 101 mit einem Flansch 109a versehen, de~ ermöglicht, den Injektor bei 109b an dem vorderen Teil einer nicht dargestellten Brennkammer eines Plugzeugmotors derart anzubringen, daß der Injektor sich im Betrieb in einer axialen Luftströmung befindet. Die Luft tritt in den Eingang des Kanals 123 ein, um den inneren Luftstrom 124 zu bilden, der unter Drehung in das stromaufseitige Ende der rohrförmigen Leitung 103 abgegeben wird. Ferner tritt die Luft in den Eingang des Kanals 37 ein, um den zweiten Luftstrom 115 zu bilden, der von der Zentripetalbeschaufelung 32 in Drehung versetzt und in die rohrförmige Leitung

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103 zwischen dein stromabseitigen Ende des zylindrischen Teiles 114 und dem zylindrischen Teil 36 unter Drehung ab-.gegeben wird, und außerdem tritt die Luft in die Wirbelbeschaufelung 106 ein, um einen dritten Luftstrom 44 zu bilden, der, indem er um den zweiten Luftstrom 115 herumwirbelt, aus dem Kanal 30 austritt.

Die nicht dargestellte Brennstoffzufuhr ist mit Einrichtungen zum Öffnen und Schließen der Rohrleitungen 121 und 42 und zum unabhängigen Regeln der Brennstoffmengen in diesen beiden Rohrleitungen versehen. Um den Motor im Verlangsamungsbetrieb arbeiten zu lassen, wird die Rohrleitung 42 geschlossen, und die Rohrleitung 121 wird mit einer sogenannten Verlangsamungsbrennstoffmenge gespeist. Der Kanal 123 und die Beschaufelung IO7 sind so dimensioniert, daß, wenn der Motor im VerlangsaEiungsbetrieb arbeitet, das Plugzeug stillsteht oder am Boden rollt, wobei die abgegebene Menge des inneren LuftStroms 124 ein im wesentlichen stöchiometrisches Gemisch mit dem Brennstoff bildet, der aus der ringförmigen Leitung 104 im Verlangsamungsbetrieb austritt. Der Brennstoff tritt aus dieser ringförmigen Leitung 104 in Richtung des Pfeiles 125 aus und wird zwischen den Luftströmen 124 und 115 einer Scherwirkung unterworfen, zerstäubt und verdampft;, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen. Es entsteht ferner ein Ansaugkonus für heiße Gase, der die Verdampfung des Brennstoffs weiter beschleunigt. Der Brennstoff verbrennt mit einem sehr guten Wirkungsgrad, ohne daß Kohlenoxyd erzeugt wird und ohne daß nichtverbrannte Kohlenwasserstoffe abgegeben werden. Der dritte Luftstrom 44 umhüllt einfach den zweiten Luftstrom 115·

Um den Motor in den anderen Betriebszuständen arbeiten zu lassen, wird die Brennstoff menge erhöht, aber zwischen den Rohrleitungen 121 und 42 aufgeteilt. Der bei 125 aus der ersten ringförmigen Leitung 104 austretende Brennstoff wird zwischen den inneren Strom 124 und den zweiten

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Strom 115 gefügt bzw. geschichtet, ebenso wie hei den vorher beschriebenen Ausführungsformen. Der die Rohrleitung 42 speisende Brennstoff tritt über die Kanäle 41 in die Ringkamner 40 ein, strömt aus dieser über die Kanäle 39 in die zweite ringförmige Leitung 38, tritt aus dieser in Richtung Pfeils 45 aus und wird zwischen den zweiten Strom 115 und den dritten Strom 44 gefügt, die ihn zwischen sich einer Scherwirkung unterwerfen und so seine Zerstäubung und Verdampfung bewirken und seine Verbrennung verbessern. Die Verbrennung geht auf diese Weise in zwei Stufen vor sich, was ermöglicht, gleichmäßigere Verbrennungstemperaturen zu erzielen und demzufolge die Erzeugung von Stickoxyden herabzusetzen. Es ist in der Tat bekannt, daß die Stickoxyde sicla in den heißesten Zonen bilden und daß die Geschwindigkeit ihrer Bildung einem Exponentialgesetz als Funktion der Temperatur folgt.

Es ist einleuchtend, daß alle in Verbindung mit Fig. 1 bis 4 beschriebenen Varianten verwendet werden können. Der Brennstoff, der die zweite ringförmige Leitung 38 speist, wird vorteilhaft in Drehung versetzt, vorzugsweise in der gleichen Richtung"wie.der zweite Luftstrom, und die Axialbeschaufelung 106 könnte durch eine Zentri— petalbeschaufelung, wie der Beschaufelung 6^S in Fig. 4, ersetzt werden.

Bei der anhand von Fig. 5 beschriebenen Ausführungs— fo. α ist die Beschaufelung 32, die den zweiten Luftstrom erzeugt, eine Zentripetalbeschaufelung. Dies ist vorteilhaft, weil die Zentripetalbeschaufelung in dem zweiten Strom keine Wirbelspur erzeugt, welche eine Heterogentität der Reichheit in dem Luft-Brennstoff-Zwischenstrom hervorruft, der zwischen dem zweiten Strom und dem dritten Strom strömt. Der Rahmen der Erfindung wird jedoch nicht verlassen, wenn der zweite Strom mittels einer Axialbeschaufe— lung erzeugt wird.

Die relativen Drehrichtungen der Wirbelbeschaufelungen

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("Swirler") werden allgemein in Abhängigkeit davon gewählt, ob größerer Wert auf die Verbrennung bei niedriger Leistung oder bei hoher Leistung gelegt wird. Eine Drehung der beiden Luftströme in gleicher Richtung ist günstig für die Verbrennungsstabilität des BrennstoffZwischenstroms, der zwischen den beiden Luftströmen strömt, was bei niedriger Leistung wichtig ist. Eine Drehung in entgegengesetzten Richtungen ist günstig zur Erzielung einer guten Homogenität des Luft—Brennstoff—Gemisches, was bei hoher Leistung wichtig ist. Indessen kann es in gewissen Fällen auch von Vorteil sein, den zweiten Strom sich in umgekehrter Richtung zu den beiden anderen Strömen drehen zu lassen,

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Claims

Patentansprüche

/ i.yBrennstoffinjektor, bei dem ein Brennstoff enthaltender ringförmiger Zwischenstrom zwischen einen inneren Luftstrom und-einen zweiten Luftstrom gefügt ist, die durch Wirberbeschaufelungen, sogenannte "Swirler", in Drehung versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Luftstrom in einer rohrförmigen Leitung erzeugt wird, die an ihrem stromaufseitigen Ende durch einen Boden verschlossen ist, und daß die Beschaufelung, welche diesen inneren Luftstrom in Drehung versetzt, eine Zentripetalbeschaufelung ist, die in die rohrförmige Leitung stromauf einer ringförmigen Leitung mündet, welche mit Brennstoff gespeist wird und an ihrem stromabseitigen Ende ebenfalls in die rohrförmige Leitung mündet, wobei sie in dieser eine plötzliche Erweiterung bildet.

2. Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Leitung von einem Mantel gebildet is*, auf dessen Außenseite der zweite Luftstrom strömt, daß die ringförmige Leitung zwischen diesem Hantel und einer ringförmigen Wand angeordnet ist, die einen nach außen umgebogenen stromaufseitigen Teil aufweist, und daß der Boden aus einem Umdrehungsstück besteht, dessen Vorderfläche einen zentralen konischen Teil und einen im wesentlichen ebenen Umfangsteil aufweist, der zusammen mit der genannten Wand eine ringförmige Einlaßleitung begrenzt, in welcher die Zentripetalbeschaufelung angeordnet ist.

3. Brennstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die ringförmige Leitung speisende Brennstoff in Drehung versetzt ist.

4. Brennstoffinjektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff sich in der ringförmigen Leitung in der gleichen Richtung wie der innere Luftstrom dreht.

5. Brennstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

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dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufseitige Teil der ringförmigen Wand zusammen mit dem Hantel eine ringförmige Kammer und Kanäle begrenzt, die von dieser Kammer ausgehen und tangential in die ringförmige Leitung münden, und daß Mittel zum Speisen der ringförmigen Kammer mit Brennstoff vorgesehen sind.

6. Brennstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in die ringförmige Leitung eintritt, nachdem er durch einen oder mehrere in dem Boden ausgebildete Kanäle hindurchgeströmt ist.

7· Brennstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit des den Kanal bzw. die Kanäle speisenden Brennstoffs in einen, in der Mitte des Bodens ausgebildeten Hohlraum eintritt·

8« Brennstoffinjektor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal bzw. die Kanäle in dem Boden radial angeordnet und mit der ringförmigen Kammer du~ch ein oder mehrere gebogene Rohre, welche die ringförmige Einlaßleitung durchsetzen, oder durch Durchgänge verbunden sind, die in die Dicke der Schaufeln der Zentripetalbeschaufelung eingearbeitet sind.

9. Brennstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff der ringförmigen Leitung über ein oder mehrere Rohre zugeführt wird, die den inneren Luftstrom stromauf der Zentripetalbe— schaufelung durchqueren.

10· Brennstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Luftstrom in die rohrförmige Leitung stromauf einer zweiten ringförmigen Leitung mündet, die mit einer Brennstoffquelle verbindbar ist und die ihrerseits an ihrem stromabseitigen Ende in die rohrförmige Leitung mündet und dabei in dieser eine zweite plötzlicheErweiterung bildet, und daß ein dritter Luftstrom, der von einer dritten Wirbelbeschaufelung

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in Drehung versetzt ist, um die rohrförmige Leitung strömt,

Ii* Brennstoffinjektor nach Anspruch iO, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Wirbelbeschaufelung eine Zentrapetalbeschaufelung ist.

12. Brennstoffinjektor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der die zweite ringförmige Leitung speisende Brennstoff in Drehung versetzt ist.

15· Brennstoffinjektor nach Anspruch 12, dadurch ge— · kennzeichnet, daß der Brennstoff in der zweiten ringförmigen Leitung sich in der gleichen Richtung wie der zweite Luftstrom dreht.

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