DE2419929C3

DE2419929C3 - Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in den Nachverbrennungskanal eines Turbostrahltriebwerkes

Info

Publication number: DE2419929C3
Application number: DE2419929A
Authority: DE
Inventors: Guy Pierre Florentin Melun Bourdereau; Andre Alphonse Mederic Leon Savigny-Sur-Orge Camboulives
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1973-04-27
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1979-12-06
Also published as: US3910038A; DE2419929A1; FR2227436A1; FR2227436B1; GB1444679A; DE2419929B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in den Nachverbrennungskanal eines Turbostrahltriebwerkes stromab einer <>5 Turbine und stromauf eines Flammcnstabilisalors, der in dem Kanal gleichachsig angeordnet ist, mit wenigstens einer kreisförmigen Einspritzeinrichtung, die mit einer radial angeordneten Brenniitoffspeiselejtung verbunden ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 27 04435 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung sind keine Maßnahmen getroffen, um nachteilige Auswirkungen größerer Hitze im Nachverbrennungskanal auf die Brennstoffeinspritzvorrichtung zu vermeiden. Die Befestigung und insbesondere die Speisung von Vorrichtungen zum Einspritzen von Brennstoff in einen Nachverbrennungskanal führen jedoch zufolge sehr hoher Temperaturen, denen sie unterworfen werden, zu schwierig zu lösenden Problemen. Insbesondere sind bei anderen bekannten Ausführungen die die Einspritzvorrichtungen speisenden Leitungen, obwohl sie üblicherweise aus Vorsichtsgründen zu Schwanenhalsgestalt gekrümmt sind, Beansprudhungen unterworfen, die es notwendig machen, die Widererhitzungstemperatur der Gase in dem Kanal zu begrenzen. Diese Beanspruchungen ergeben sich, weil sich zwischen der Wandung des Nachverbrennungskanals und der oder den Einspritzvorrichtungen ein Temperaturunterschied ergibt Wenn die Nachverbrennung in Betrieb ist, verkleinert sich der Durchmesser der Einspritzvorrichtung oder der Einspritzvorrichtungen zufolge der Kühlung, die von dem Brennstoff hervorgerufen wird, der sie durchströmt Wenn die Nachverbrennung nicht in Betrieb ist, dehnt sich im Gegensatz dazu die gesamte Einspritzvorrichtung aus, da sie zufolge Strahlung eine Erhitzung in der Größenordnung von 500⁰C erfährt Somit ist in einem Nachverbrennungskanal die Einspritzvorrichtung oftmals viel heißer und oftmals viel kälter als die umgebende Vorrichtung, was unter anderem zu einer Begrenzung der mit Nachverbrennung erzielbaren Temperatur zwingt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Brennstoffeinspritzvorrichtung in einem Nachverbrennungskanal derart anzuordnen und zu speisen, daß Zusammenziehungen und Ausdehnungen unter dem Einfluß von Wärme aufgenommen werden können, ohne- daß sich irgendeine Beeinträchtigung oder Beanspruchung für die Einspritzvorrichtung ergibt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch, daß die oder jede kreisförmige Einspritzeinrichtung über mehrere radiale Rohrleitungen mit einer hohlen Nabe derart verbunden ist, daß ein allgemein radförmiger Einspritzblock gebildet ist, die oder jede kreisförmige Einspritzeinrichtung von der hohlen Nabe und über die genannten Rohrleitungen, welche die Speichen des Rades bilden, mit Brennstoff gespeist wird, der allgemein radförmige Einspritzblock mit dem Flammenstabilisator über angelenkte Verbindungsstangen, und mit einem das hintere Turbinenlager tragenden Träger, der in der Achse des Nachverbrennungskanals angeordnet ist, über ein Organ verbunden ist, welches mit der hohlen Nabe verbunden und in dem Träger mittels einer Kugelfläche angeordnet ist, die sich parallel zur Achse des Kanals verschieben kann, und daß die hohle Nabe über eine schwanenhalsartige Rohrleitung mit Brennstoff gespeist wird, deren Ende in einem Teil der Wandung des Nachverbrennungskanais, der seinerseits axial verschiebbar ist, radial verschiebbar und mit einer äußeren Rohrleitung verbunden ist. welche die radiale und axiale Verschiebung ermöglicht.

Bei einer Ausführung gemäß der Erfindung werden die unterschiedlichen Ausdehnungen in radialer Richtung durch Verschiebung der Rohrleitung durch die Wandung des Nachverbrennungskanals hindurch aufge-

nommen. Die verschiebbare Befestigung der mittleren Nabe und die nachgiebige Verbindung über angelenkte Verbindungsstangen zwischen dem Flammenstabilisator und der oder den Einspritzvorrichtungen ermöglicht eine axiale Verschiebung der Einspritzvorrichtung oder Einspritzvorrichtungen in dem Nachverbrennungskanal unter der Wirkung von Temperaturunterschieden, Der Teil der Wandung des Nachverbrennungskanals kann an dieser Bewegung teilnehmen derart, daß die schwanenhalsförmige Rohrleitung keinerlei Beanspruchungen unterworfen wird.

Weitere Merkmale Jer Erfindung sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht nach Linie I-I der Fig.2 eines Nachverbrennungskanals, der mit einer Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist

Fig.2 ist eine Schnittansicht nach Linie II-II der Fig. 1

F i g. 3 ist eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht, ;n welcher in vergrößertem Maßstab die Anbringung der Nabe der Einspritzvorrichtung und die Verbindung mittels angelenkter Verbindungsstangen zwischen der Einspritzvorrichtung und dem Flammenstabilisator und zwischen ihr und der Wandung des Kanals dargestellt ist.

Fig.4 ist eine Schnittansicht nach Linie IV-IV der Fig. 3

Fig.5 ist eine Schnittansicht nach Linie V-V der Fig.3

F i g. 6 und 7 sind der F i g. 1 bzw. 2 ähnliche Teilansichten, in denen in noch vergrößertem Maßstab dargestellt ist, wie die Rohrleitung, welche die Einspritzvorrichtung mit Brennstoff speist, durch die ü Wandung des Nachverbrennungskanals hindurchgehl.

Fig.8 ist eine Schnittansicht nach Linie VIII-VIII der Fig.7

Fig.9 ist eine Draufsicht desjenigen Teiles der Kanalwand .ng, in welchem die Rohrleitung sich verschieben kann.

Fig. IO ist eine Schnittansicht nach Linie X-X der Fig.9, wobei die Anbringung dieses Wandungsteiles dargestellt ist.

In F i g. 1 ist ein Nachverbrennungskanal 1 dargestellt, der stromabwärts einer Niederdrurkturbine 2 eines Turbostrahltriebwerkes für ein Luftfahrzeug angeordnet ist, dessen Gesamtheit nicht dargestellt ist. Das hintere Lager 3 der Turbine 2 ist in der Achse AA' des Strahltriebwerkes mittel eines als mittlerer Kegel >n bezeichneten Trägers 4 abgestützt, der mittels Profilarmen 6 an Ctsr Wandung 5 des Kanals 1 befestigt ist. Die Turbine 2 und der nicht dargestellte stromaufwärts gelegene Teil des Strahltriebwerkes erzeugen in bekannter Weise heiße Gase, die gemäß den Pfeilen Fm -v, den Kanal I und aus diesem in eine nicht dargestellte Schubdüse strömen um einen zum Vortrieb des Luftfahrzeuges dienenden Schubstrahl zu erzeugen. In dem Kanal 1 ist eine Nachverbrennungsvorrichtung angebracht, die zur Wirkung gebracht wird, um die M) heißen Gase erneut zu erhitzen, wenn der Schub des Vortriebsstrahles vergrößert werden soll. Diese Vorrichtung umfaßt einen Einspritzblock 7, der stromauf eines Flammenstabilisators 8 angeordnet ist.

Der Einspritzblock 7 weist drei kreisförmige tin- <>·'> Spritzeinrichtungen 9, 10, Il zunehmenden Durchmessers auf. die mittels sech Rohrleitungen 13, die nach Art von Radspeichen in gleichen Winkclabsiandcn angeordnet sind, um eine mittlere Nabe 12 gleichachsig angebracht sind, (Fig. 1 und 2). Die Nabe 12 ist mit einem inneren Hohlraum 12a(Fig.3) versehen,der mit sechs Abzweigungen 12f> in Verbindung steht, die radial gerichtet sind und mit denen jeweils eine der sechs Rohrleitungen 13 verschweißt ist. Jede Rohrleitung 13 weist ein Rohrstück 13a auf, dessen eines Ende mit einer der Abzweigungen \2b, und dessen anderes Ende mit dem radial nach innen gerichteten Arm eines vier in Kreuzform angeordnete Arme aufweisenden Verbindungsteile 9a verschweißt ist, dessen seitliche Arme einen Teil der kreisförmigen Einspritzeinrichtung 9 bilden. Der radial nach außen gerichtete Arm des Verbindungsteils 9a ist seinerseits mit dem radial nach innen gerichteten Arm eines weiteren kreuzförmigen Verbindungsteils 10a verschweißt, dessen seitliche Arme einen Teil der kreisförmigen Einspritzeinrichtung

10 bilden. Der radial nach außen gerichtete Arm dieses weiteren Verbindungsteils 10a ist mit dem radial nach innen gerichteten Arm eines T-förr.-^en Verbindungsteils 11a verschweißt, dessen seitliche Arme einen Teil der Einspritzeinrichtung 11 bilden. Jede der Einspritzeinrichtungen 9,10,11 ist aus Rohrstücken 9c/, lOc/bzw. 11t/ gebildet, die zu Kreisbögen gebogen sind und miteinander und mit den seitlichen Armen 9a, 10a bzw.

11 a verschweißst sind. Diese Roh rstücke 9c/, lOc/und 11 d sind mit Brennstoffeinspritzlöchern 9c, 10c bzw. lic versehen, die bei der dargestellten Ausführungsform in dem Nachverbrennungskanal 1 stromabwärts gerichtet sind, d. h. in Richtung gegen den Flammenstabilisator 8. Wie insbesondere aus F i g. 3 ersichtlich, weisen die Verbindungsteile 10a auf der stromabwärtigen Seite Gelenkträger 14 auf, deren Funktion später beschrieben wird, und die Verbindungsteile 9a sind in stromaufwärtsseitige Richtung geringfügig gekrümmt derart, daß die kreisförmigen Einspritzeinrichturigen 9,10,11 auf einer idealen Kegelfläche angeordnet sind, die in Richtung stromaufwärts konkav ist. Der Grund für diese Anordnung wird ebenfalls später beschrieben.

Die Nabe 12 ist in Fig.3 und 4 im einzelnen da·· gestellt. Sie ist auf der stromabwärts liegenden Seite mit einem mittleren Verbindungsstück 12c versehen, welches mit dem Hohlraum 12a in Verbindung steht und mit welchem eine schwanenhalsförmige Rohrleitung 15, die später beschrieben wird, verschweißt ist. Auf der stromaufwärts liegenden Seite ist die Nabe 12 mit einer mittleren Muffe 12c/ versehen, die in einer Nabe 17a eines lenkradförtnigen Teiles 17 angeordnet und in ihrer Stellung durch einen Stift 16 (Fi g. 4) gehalten ist. Der lenkradartige Teil 17 ist mit vier Armen 176 versehen, welche die Nabe 17a mit einer Felge 17c verbinden, deren Außenfläche Vd als Kugelanschnittfläche gebildet is», die um die Achse des lenkradartigen Teils 17 zentriert ist. An der Hinterkante 4a des Trägers 4, der als mittlerer Kege,¹ bezeichnet wird, dessen Gestalt jedoch kegelstumpfförmig ist, ist eine Hülse 18 angeschweißt, deren zylindrische Innenfläche 18a auf den Durchmesser der Fläche 17c/ bearbeitet ist. Der lenkradartige Tei' 17, der, wie in den Fig. I und 3 ersichtlich -st, in der Hülse 18 im Eingriff steht, bildet demgemäß mit dieser ein verschiebbares Gelenkgebilde, welches es der Nabe 12 ermöglicht, geringfügige Verschiebungen entlang der Achse AA' und Drehung um die Mitte der Kugelausschnittfläche 17c auszuführen.

Die Einspritzvorrichtung 7 ist weiterhin über sechs Verbindungsstangen 19 mit dem Flammenstabilisator 8 verbunden, der seinerseits über sechs Verbindungsstan-

gen 20 (Fig. 1 und 3) mit der Wandung 5 des Nachverbrennungskanals 1 verbunden ist. Der Flammenstabilisator 8 weist zwei übliche ringförmige Flammenhalter 8a und 8i> mit V-förmigen Querschnitt auf, die an sechs schrägen Gelenkträgern 21 befestigt > sind, deren jeder hinter einem der Verbindungsteile los angeordnet und mit diesem über eine Verbindungsstange 19 sowie mit der Kanalwandung 5 über eine Verbindungsstange 20 verbunden ist. Fig. 3 und 5 zeigen ein Ende einer Verbindungsstange 19 im Eingriff in zwischen den beiden Wangen eines Gelenkträgers 14 und mittels eines bei 22a verschweißten Stiftes 22 festgelegt und an einer Achse 23, die sich in den Bohrungen 14a der beiden Wangen verschwenken kann. Das andere Ende dieser Verbindungsstange 19 ist ιϊ zwischen den beiden Wangen des Gelenkträgers 21 angeordnet und an einer Achse 24 befestigt, f:e sich in den Bohrungen 21a der Wangen verschwenken kann. Eine Verbindungsstange 20 ist in ähnlicher Weise in zwei Bohrungen 216 an Flügeln des Gelenkträgers 21 sowie in einem anderen Gelenkträger 25 schwenkbar angeordnet, der an der Wandung 5 des Nachverbrennungskanals 1 befestigt ist (Fig. 1). Der Gelenkträger 21 ist mit einer Reihe von Bohrungspaaren wie 21cund 21c/ usw. versehen. Bei der Montage der Vorrichtung 2=· kann demgemäß das Bnhn-"~pnar 21a, 21c, 21c/ usw. zur Aufnahme der Achse 24 gewählt werden, wodurch ermöglicht ist, die Stellung des Einspritzblockes 7 zu regeln.

Die Rohrleitung 15 dient dazu, die Einspritzeinrich- in tungen 9, 10 und 11 über den Hohlraum 12a der Nabe 12 und über die Rohrleitungen 13 mit Brennstoff zu speisen. Sie umfaßt ein Rohr 15a. welches, wie oben erwähnt, mit dem Verbindungsstück 12c verbunden ist. Dieses ist in der Achse AA' angeordnet und S5 stromabwärts gerichtet. Das Rohr 15a verläuft demgemäß zuerst axial stromabwärts, jedoch krümmt es sich zu Schwanenhalsgestalt und verläuft schräg stromaufwärts parallel zu der idealen Kegelfläche, auf welcher die Einspritzeinrichtungen 9,10 und 11 angeordnet sind. *o Danach verläuft das Rohr 15a in Richtung gegen die WanrlnntJ 5 rips NarhVPrhrpnnnnockanak 1 rprhtu/inL·-

lig zu dieser Wandung 5. Die Rohrleitung 15 ist auf diese Weise in größtmöglichem Abstand von dem Flammenstabilisator 8 gehalten, wodurch die Gefahr einer ·»■> Verkokung des Brennstoffs in dieser Rohrleitung 15 verringert ist.

F i g. 6 bis 10 zeiger, den Durchtritt der Speiseleitung 15 durch die Wandung 5 des Nachverbrennungskanals 1. An das Ende 156 des Rohres 15a ist ein Stutzen 15c so angeschweißt, in den ~in Stutzen 15c/eingreift, der mit dem Ende einer Speiseleitung 26 verschweißt ist, die auf der Außenseite der Wandung 5 des Nachverbrennungskanals 1 angeordnet ist. Die ineinandergreifende Anordnung wird durch einen Gewindering 27 dicht gehalten, der sich gegen einen ringförmigen Vorsprung 15e (Fig.6) des Stutzens 15c/ legt und in ein Innengewinde 28a einer Buchse 28 eingeschraubt ist, die mit einem Innenflansch 286 versehen ist, der sich in entgegengesetzter Richtung gegen /wci Halbscheiben

29 legt, die in einer ringförmigen Nut lindes Stutzens 15c angeordnet sind. Das gemäß F i g. 6 und 7 obere Ende der Buchse 28. deren Innenfläche das Gewinde 28a aufweist, bildet außen einen Rand 28c, der mit Zähnen 28c/ versehen ist. Das obere Ende des Gewinderinges 27 bildet einen Außenflansch 27a, der gleichfalls mit Zähnen 27b versehen ist. Die Zähne 27b und 28c/stehen im Eingriff mit Verzahnungen oder Zacken, die in der Innenfläche einer Büchse 30 vorgesehen sind, die ihererseits um den Gewindering 27 und die Buchse 28 herum angeordnet ist und diese ineinander verriegelt Ein U-förmiger Splint 31 (F i g. 8), dessen beide Schenkel in der Büchse 30 quer verlaufen und in den Ringraum zwischen dieser und dem Gewindering 27 unter dem Flansch 27a und über dem Rand 28r hindurchgehen, verhindern ein Wegbewegen der Büchse 30, und die linden der Schenkel des Splintes 31 gehen auf der Außenseite der Büchse 30 vorbei und '•nid auf deren Außenfläche gebogen derart, daß der Splint 31 sich ebenfalls nicht fortbewegen kann. Weiterhin ist eine Platte 32. die mit einer mittleren Öffnung, welche einen Durchtritt zu der Rohrleitung 26 schafft, versehen ist, mittels vier Nieten 32a an einem Flansch 30s der Büchse

30 befestigt, und auf diese Weise sind Hin- und Herbewegungen der Büchse 30 verhindert.

Die Buclt.it; 28 ist in einem Teil 33 der Kanalwandung 5 verschiebbar angebracht, der seinerseits keine Verschiebungen in einer kreisförmigen Öffnung 5a ausführen kann, die in einem abgeflachten Teil 56 der Kanalwandung 5 gebildet ist (Fig. 7). Dieser Wandungsteil 33 ist durch einen bearbeiteten Teil dargestellt, der (F i g. 9 und 10) eine ebene Unterplatte 33a aufweist, die allgemein Sektorgestalt hat und eine Lagerbuchse 336 trägt, die mit einer Bohrung 33c versehen ist. in der die Buchse 28 sich verschieben kann. Die Lagerbuchse 336 ist außen mit einer kreisförmigen Nut 33d gleichachsig zu der Bohrung 33c versehen, und die Höhe der Nut 33c/ ist wenig größer als die Dicke des abgeflachten Teils 56 der Kanalwandung 5. damit die K antp fif»r fVfniino Ra in Finoriff mit A,->r Mut 1ΊΛ irptpn kann. Diese Nut 33c/ trennt die Unterplatte 33a von einem Flansch 33e. dessen äußerer kreisförmiger Rand einen Durchmesser hat. der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Öffnung 5a ist. und der zu der Bohrung 33c nicht gleichachsig angeordnet ist. Die Unterplatte 33a ist mit einem Loch 33/" versehen, welches eine schwenkbare Anbringung der Unterplatte 33a mittels einer Achse 34 ermöglicht, die in einem Loch 5c des abgeflachten Teils 56 angeordnet ist. dessen Mittelpunkt in der gleichen rechtwinklig zur Achse AA' verlaufenden Ebene wie die Mitte der Öffnung 5a angeordnet ist (F ig- Τ).

Die Brennstoffspeiseleitung 15 kann anstelle auf der stromabwärtigen Seite auf der stromwärtigen Seite in die Nabe 12 eintreten.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in den Nachverbrennungskanal eines Turbostrahltrieb-Werkes stromab einer Turbine und stromauf eines Flammenstabilisators, der in dem Kanal gleichachsig angeordnet ist, mit wenigstens einer kreisförmigen Einspritzeinrichtung, die mit einer radial angeordneten Brennstoffspeiseleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede kreisförmige Einspritzeinrichtung (9, 10, II) über mehrere radiale Rohrleitungen (13) mit einer hohlen Nabe (12) derart verbunden ist, daß ein allgemein radförmiger Einspritzblock (7) gebildet ist, die oder jede kreisförmige Einspritzeinrichtung von der hohlen Nabe und über die genannten Rohrleitungen, weiche die Speichen des Rades bilden, mit Brennstoff gespeist wird, der allgemein radförmige Einspritzbfcck mit dem Flammenstabilisator (8) Ober angelenkte Verbindungsstangen(19), und mit einem das hintere Turbinenlager tragenden Träger (4), der in der Achse des Nachverbrennungskanals (1) angeordnet ist, über ein Organ (17) verbunden ist, welches mit der hohlen Nabe verbunden und in dem Träger mittels einer Kugelfläche (i7d) angeordnet ist, die sich parallel zur Achse (AA) des Kanals verschieben kann, und daß die hohle Nabe Ober eine schwanenhalsartige Rohrleitung (15) mit Brennstoff gespeist wird, deren Ende in einem Teil (:I3) der Wandung d?s Nachverbrennungskanals, der seinerseits axial verschiebbar ist, radial verschiebbar und mit einer äußeren Rohrleitung (26) verbunden ist, welche die radiale und -axiale Verschiebung ermöglicht. -15

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der allgemein radförmige Einspritzblock (7) mehrere gleichachsige kreisförmige Einspritzeinrichtungen (9, 10, 11) aufweist, deren jede mit allen radialen Rohrleitungen (13) verbunden ist, die ihrerseits in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenstabilisator (8) mehrere ringförmige Flammenhalter (8a, 8ty aufweist, die auf der Fläche eines idealen Kegels angeordnet sind, dessen Konkavität stromaufwärts gerichtet ist, die kreisförmigen Einspritzeinrichtungen (9, 10, 11) an der Fläche eines zweiten idealen Kegels angeordnet sind, dessen Konkavität stromaufwärts gerichtet ist, ü/ und daß die schwanenhalsförmige Rohrleitung (15) auf einem Teil ihrer Länge im wesentlichen parallel zu der Fläche des zweiten idealen Kegels verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung;sstangen (19) an Verbindungsteilen (1Oa^ angelenkt sind, welche die radialen Rohrleitungen (13) mit der oder den ringförmigen Einspritzeinrichtungen verbinden.