DE2429951C2 - Fuel injector for a jet engine - Google Patents
Fuel injector for a jet engineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für die Brennkammer eines Strahltriebwerkes, mit einem Brennstoffkanal und zwei hierzu konzentrisch angeordneten Ringkanälen zur Luftzufuhr, von denen der radial äußere mit einer Dralleinrichtung versehen ist, wobei der radial äußere Ringkanal eine äußere Baueinheit und der Brennstoffkanal eine innere Baueinheit bilden, die an verschiedenen Teilen der Brennkammer befestigt sind und die anliegend axial ineinander gesteckt sind.The invention relates to a fuel injection device for the combustion chamber of a jet engine, with a fuel channel and two concentrically arranged annular channels for the air supply, from which the radially outer is provided with a swirl device, the radially outer annular channel a outer assembly and the fuel channel form an inner assembly that is attached to different parts of the Combustion chamber are attached and which are axially inserted into one another.
Bei einer vorbekannten Brennstoffeinspritzvorrichtung dieser Art (DE-PS 12 44 481) besitzt der Brennstoffkanal zwei auf der Achse der beiden Ringkanäle hintereinander angeordnete Düsen, die den flüssigen Brennstoff unvermischt mit Luft direkt in das Innere eines Flammrohres ausstoßen. Die beiden Ringkanäle zur Luftzufuhr sind beide radial außerhalb dieser mittig liegenden Düsen angeordnet. Hierdurch bedingt, dürften die Zerstäubung des Brennstoffes wie auch die Vermischung mit Luft bei Erreichen der Verbrennungszone nur unvollkommen sein. Da ferner — zumindest bei einem Ausführungsbeispiel der in der obigen Patentschrift gezeigten Brennstoffeinspritzvorrichtungen - die innere Baueinheit mit einer den radial inneren Ringkanal zur Luftzufuhr begrenzenden Umhüllung eng an einem Innenring der äußeren Baueinheit anliegt, 'ann es aufgrund der beträchtlichen Wärmeunterschiezu thermischen Spannungen zwischen den beidenIn a previously known fuel injection device of this type (DE-PS 12 44 481) the fuel channel has two on the axis of the two ring channels nozzles arranged one behind the other, which unmixed the liquid fuel with air directly into the interior eject a flame tube. The two ring channels for the air supply are both radially outside of the center arranged lying nozzles. Due to this, the atomization of the fuel as well as the Mixing with air on reaching the combustion zone will only be incomplete. Since furthermore - at least in one embodiment of the fuel injectors shown in the above patent - the inner assembly with one of the radially inner Ring channel for the air supply-limiting envelope rests closely on an inner ring of the outer structural unit, There may be thermal stresses between the two due to the considerable heat differential lueinheiten kommen.lu units come.
ig für die Brennkammer eines Strahltriebwerkesig for the combustion chamber of a jet engine etwas anderer Gattung bekannt (US-PS 35 84 791), bei der im stromabwärtigen Bereich ein Gemisch aus Brennstoff und Luft führender Brennstoffkanal mit einer Dralleinrichtung radial innerhalb eines mit einersomewhat different genus known (US-PS 35 84 791), at the fuel duct with a mixture of fuel and air leading in the downstream area Twist device radially inside one with a Dralleinrichtung versehenen Ringkanales für die Luftzufuhr angeordnet ist. Da in diesem Fall dem Brennstoffkanal nur ein Ringkanal zur Luftzufuhr zugeordnet ist, dürfte die Zerstäubungswirkung dieser Brennstoffeinspritzvorrichtung ebenfalls zu wünschenSwirl device provided ring channel is arranged for the air supply. Since in this case the If only one ring channel is assigned to the fuel channel for the air supply, the atomizing effect of this should be Fuel injector also to be desired
ίο Übriglassen.ίο Leave it behind.
Aus der DE-AS 1108 666 ist ferner eine für verschiedene Verwendungszwecke einsetzbare Mischvorrichtung bekannt, bei der ein mittlerer, mit einer Dralleinrichtung versehbarer Ringkanal mit einemFrom DE-AS 1108 666 is also one for Various uses usable mixing device known, in which a middle, with a Twist device provided ring channel with a Arbeitsstoff (Gas, Kohlenstaub oder dergl. als Brennstoff) beaufschlagt wird und dieser mittlere Ringkanal radial innen und radial außen jeweils von einem weiteren Ringkanal zur Luftzufuhr umgeben ist Durch diese konzentrische Anordnung dreier jeweils mit einerWorking material (gas, coal dust or the like. As fuel) is applied and this middle ring channel is surrounded radially inside and radially outside by a further ring channel for air supply this concentric arrangement of three each with one Dralleinrichtung versehener Ringkanäle dürfte sich eine gute Durchmischung von Arbeitsstoff und Luft ergeben. Über die konstruktive Ausgestaltung der dort gezeigten Mischvorrichtung ist dieser Druckschrift jedoch nichts zu entnehmen.Swirl device provided ring channels should be a result in good mixing of working substance and air. About the structural design of the one shown there Mixing device, however, nothing can be found in this publication.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs angegebenen Gattung so Auszubilden, daß bei Vermeidung thermischer Spannungen zwischen den Baueinheiten die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes verbessert wird.The invention is based on the object of designing a fuel injection device of the type specified at the beginning in such a way that, if it is avoided Thermal stresses between the structural units, the atomization of the liquid fuel is improved.
Diese Aufgabe wird bei einer Brennstoffeinspritzvorrichtung mit der« eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoffkanal ein Gemisch aus Brennstoff und Luft führt, mit einer Dralleinrichtung versehen ist und zwischen dem radialThis task is achieved in the case of a fuel injection device with the features specified at the beginning solved according to the invention in that the fuel channel carries a mixture of fuel and air, with a Twist device is provided and between the radial äußeren und radial inneren Ringkanal zur Luftzufuhr angeordnet ist, daß der radial innere Ringkanal mit einer Dralleinrichtung versehen und in der inneren Baueinheit ausgebildet ist, und daß die innere und die äußere Baueinheit axial gleitend gegeneinander bewegbar sind.outer and radially inner ring channel for air supply it is arranged that the radially inner annular channel is provided with a swirl device and in the inner structural unit is formed, and that the inner and the outer structural unit are axially slidably movable against one another.
Bei der erfindungsgemäß ausgeoii'deten Brennstoffeinspritzvorrichtung erhält man eine gute Zerstäubung des Brennstoffes, da der bereits ein Gemisch aus Brennstoff und Luft führende Strom mit einem radial äußeren und radial inneren Luftstrom zusammengeführtIn the fuel injection device designed according to the invention, good atomization is obtained of the fuel, as the stream already carrying a mixture of fuel and air with a radial outer and radially inner air flow merged wird. Die Zerstäubungswirkung wie auch Vermischung von Brennstoff und Luft werden dadurch begünstigt, daß die drei konzentrisch ineinander angeordneten Ringkanäle jeweils mit einer Dralleinrichtung versehen sind. Da die beiden Baueinheiten axial gleitendwill. The atomizing effect as well as mixing of fuel and air are favored by the fact that the three are arranged concentrically one inside the other Ring channels are each provided with a swirl device. Because the two structural units slide axially
so gegeneinander bewegbar sind, kann es zu keinen thermischen Spannungen zwischen den Baueinheiten kommen. Trotz der Verwendung dreier konzentrisch ineinander angeordneter Ringkanäle sind Ein- und Ausbau relativ einfach, da die drei Ringkanäle auf zweiso that they can be moved relative to one another, there can be no thermal stresses between the structural units come. Despite the use of three concentrically nested ring channels are inlet and Expansion relatively easy, as the three ring channels on two getrennt voneinander aufgehängte Baueinheiten aufgeteilt sind.separately suspended structural units are divided.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Anhand der Zeichnungen werden AusführungsbeiAdvantageous refinements of the invention are specified in the subclaims. Based on the drawings, implementation spiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigtgames of the invention explained in more detail. It shows
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung längs der Linie l-l in F i g. 2;1 shows a cross section through a fuel injector along the line I-I in FIG. 2;
Fig.2 einen Längsschnitt durch die Brennstoffeinspritzvorrichtung längs der Linie H-H in Fig. 1;FIG. 2 shows a longitudinal section through the fuel injection device along the line H-H in FIG. 1;
Fig.3 eine schematische auseinandergezogene Darstellung einer etwas abgewandelten Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzvorrichtung;3 shows a schematic exploded view of a somewhat modified embodiment a fuel injector;
spritzvorrichtung in ihrer Zuordnung zu der Brennkammer eines Strahltriebwerkes,spray device in its assignment to the combustion chamber of a jet engine,
Die in den Fi g, 1 und 2 gezeigte Brennstoffeinspritzvorrichtung weist eine äußere Hülse 1 und eine konzentrisch angeordnete innere Hülse 2 auf, welche zwischen sich einen radial äußeren Ringkanal 3 bilden, welcher in Richtung der Pfeile Fl von Luft durchquert wird, welche durch eine äußere Dralleinrichtung 4 in Drehung versetzt wird. Ein in der Mitte angeordneter, mit Profil versehener Dorn 5 begrenzt zusammen mit einer konzentrisch zwischen ihm und der inneren Hülse 2 angeordneten Hülse 6 einen radial inneren Ringkanal 7, wo in Richtung der Pfeile F2 strömende Primärluft von einer inneren Dralleinrichtung 8 in Drehung versetzt wird. Der Brennstoff wird durch eine Düse 9 zugeführt, welche in eine ringförmige Eingangssammelleitung 10 einmündet Das Luft-Brennstoff-Gemisch strömt in einen ringförmigen Brennstoffkanal 11, welcher durch die Hülsen 2 und 6 begrenzt wird; zwischen ihnen ist eine dritte, mittlere DralleinrichtungThe fuel injector shown in Fi g, 1 and 2 has an outer sleeve 1 and a concentrically arranged inner sleeve 2, which between them form a radially outer annular channel 3, which is traversed in the direction of the arrows Fl by air, which through an outer Twist device 4 is set in rotation. A mandrel 5 arranged in the middle and provided with a profile, together with a sleeve 6 arranged concentrically between it and the inner sleeve 2, delimits a radially inner annular channel 7, where primary air flowing in the direction of arrows F2 is set in rotation by an inner swirl device 8. The fuel is supplied through a nozzle 9 which opens into an annular inlet manifold 10. The air-fuel mixture flows into an annular fuel channel 11 which is delimited by the sleeves 2 and 6; between them is a third, middle swirl device
12 angeordnet, durch welche das in Richtung der Pfeile F3 strömende Luft-Brennstoff-Gemisch in Drehung versetzt wird.12 arranged through which the in the direction of the arrows F3 flowing air-fuel mixture is set in rotation.
In der auseinandergezogenen Darstellung der F i g. 3, in welcher eine etwas andere Ausführungsform gezeigt ist, finden sich wieder dieselben Teile wie die oben beschriebenen.In the exploded view of FIG. 3, in which a somewhat different embodiment is shown, the same parts are again found as the above described.
Der äußere Ringkanal 3 befindet sich zwischen der äußeren Hülse 1 und der Hülse 2. Die beiden Hülsen sind durch die Schaufeln der äußeren Dralleinrichtung 4 fest miteinander verbunden. Die Hülse 1 wird von einem Ring 13 abgedeckt, und sie trägt an ihrem unteren Teil ein Einlaßrohr 14 für das Luft-Brennstoff-Gemisch.The outer annular channel 3 is located between the outer sleeve 1 and the sleeve 2. The two sleeves are firmly connected to one another by the blades of the outer swirl device 4. The sleeve 1 is of a Ring 13 covered, and it carries at its lower part an inlet pipe 14 for the air-fuel mixture.
Der Brennstoffkanal 11 befindet sich zwischen der Hülse 2 und der Hülse 6, welche in einem konischen Ring 15 endet Die Hülse 6 trägt die mittlere Dralleinrichtung 12, welche von wendelförmigen Schaufeln 16 und einem Halbkranz 17 gebildet wird, welcher einen Teil des Luft-Brennstoff-Gemisches ablenkt, bevor es die Schaufeln 16 erreicht, so daß die Drehung des Gemisches beschleunigt und seine Durchmischung verbessert wird.The fuel channel 11 is located between the sleeve 2 and the sleeve 6, which in a conical Ring 15 ends. The sleeve 6 carries the central swirl device 12, which consists of helical blades 16 and a half-ring 17 is formed, which deflects part of the air-fuel mixture, before it reaches the blades 16 so that the rotation of the mixture accelerates and its mixing is improved.
Der innere Ringkanal 7 ist zwischen der Hülse 6 und dem inneren Dorn 5 angeordnet; dieser trägt die Schaufeln der inneren Dralleinrichürng 8.The inner annular channel 7 is arranged between the sleeve 6 and the inner mandrel 5; this one carries the Vanes of the inner swirl device 8.
Die Anordnung wird von einem Ring 18 abgedeckt welcher zwischen seinem inneren Rand und dem RingThe assembly is covered by a ring 18 which is located between its inner edge and the ring
13 einen ringförmigen Spalt 19 freiläßt.13 leaves an annular gap 19 free.
Der Brennstoff wird bei 9 in das Einlaßrohr 14 eingespritzt, welches seinerseits mit Luft beaufschlagt wird. Das Luft-Brennstoff-Gemisch gelangt dann zu der ringförmigen EinJaßsammelleitung und wird in zwei Ströme aufgeteilt; Der eine strömt direkt zwischen den Schaufeln 16 hindurch, der andere strömt um den als Halbrampe gezeigten Halbkranz 17 herum, bevor er die Schaufeln 16 erreicht Das Luft-Brennstoff-Gemisch wird durch einen ringförmigen Spalt 20 ausgestoßen, welcher zwischen; den Ringen 13 und 15 freigelassen wird. Die von der äußeren Dralleinrichtung 4 in Drehung versetzte Luft strömt durch den ringförmigenThe fuel is injected at 9 into the inlet pipe 14, which in turn is supplied with air will. The air-fuel mixture then passes to the annular inlet manifold and is split into two Streams split; One flows directly between the blades 16, the other flows around the as Half-rim 17 shown around the ramp, before it reaches the blades 16. The air-fuel mixture is ejected through an annular gap 20 which between; rings 13 and 15 left free will. The from the outer swirl device 4 in Rotating air flows through the annular
Spalt 19 aus, während die durch die innere Dralleinrichtung S in Drehung versetzte Luft durch eine in der Mitte gelegene öffnung 21 ausgestoßen wird.Gap 19, while the air set in rotation by the inner swirl device S passes through one in the middle located opening 21 is ejected.
Eine Vorrichtung zur Brennstoffeinspritzung, wie sie in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist kann auf die in der F i g. 4 gezeigte Art angebracht werden. Bei dieser Anbringung gehört die äußere Hülse 1 zusammen mit einer sie umgebenden Ringhülse zu einer äußeren Baueinheit A und wird direkt am Boden 22 der Brennkammer angeschraubt Sie weist an ihrem hinteren Teil eineA device for fuel injection as shown in FIGS. 1 and 2 can refer to the one shown in FIG. 4 can be attached. With this attachment, the outer sleeve 1 belongs together with an annular sleeve surrounding it to an outer structural unit A and is screwed directly to the bottom 22 of the combustion chamber
Schulter 23 auf, auf der ein Wa- Tieschild 24 aufgeschweißt ist und am vorderen Teil ihrer Ringhülse ist sie mit einem Gewinde 25 versehen. Ein mit Gewinde versehener Ring 26 läßt sich auf dem Gewinde 25 befestigen und hält die Hülse 1 fest an den Boden 22 derShoulder 23 on which a wa- Tieschild 24 is welded and on the front part of its ring sleeve it is provided with a thread 25. One with a thread provided ring 26 can be attached to the thread 25 and holds the sleeve 1 firmly to the bottom 22 of the
Brennkammer angedrückt Die Hülse 1 trägt auf ihrer Innenseite gleichzeitig die äußere Dralleinrichtung 4, deren innerer Umlfang eine Gleitbuchse 27 trägtCombustion chamber pressed on The inside of the sleeve 1 also carries the outer swirl device 4, the inner circumference of which carries a sliding bush 27
In diese äußere Baueinheit A ist eine innere Baueinheit B eingeführt, welche von den Buchsen 2 und 6, der inneren Dralleinrichtung 8, der mittleren Dralleinrichtung 12, dem in der Mitte liegenden Dorn 3 und dem Einlaßrotar 14 gebildet wird, in dessen Innerem die Düse 9 angeordnet ist welche durch einen Tragarm 28 mit Brennstoff versorgt wird. Die Baueinheit B, weiche mit dem Tragarm 28 fest verbunden ist kann in das Gehäuse 29 der Brennkammer über ein entsprechendes Loch 30 eingeführt werden, welches durch eine Platte 31 verschlossen wird, die mit dem Tragann 28 fest verbunden ist und durch Schrauben 32 am Gehäuse 29 der Brennkammer befestigt istAn inner structural unit B is inserted into this outer structural unit A , which is formed by the sockets 2 and 6, the inner twisting device 8, the central twisting device 12, the central mandrel 3 and the inlet rotor 14, inside which the nozzle 9 is arranged which is supplied with fuel by a support arm 28. The structural unit B, which is firmly connected to the support arm 28, can be inserted into the housing 29 of the combustion chamber via a corresponding hole 30, which is closed by a plate 31 which is firmly connected to the support arm 28 and by screws 32 on the housing 29 is attached to the combustion chamber
Die in die Baueinheit A eingefügte äußere Dralleinrichtung 4 ist bezüglich der Baueinheit B unabhängig, was die Montage und die Wartung der Vorrichtung erleichtert. Im Betrieb wird die Baueinheit A sehr stark erhitzt und dehnt sich aus, während die Baueinheit B durch die Strömung des Luft-Brennstoff-Gemisches gekühlt wird. Das notwendige Spiel wird durch Gleiten der Hülse 2 und der Gleitbuchse 27 gegeneinander erhalten. Zum Auseinanderbau reicht es, die SchraubenThe outer swirl device 4 inserted into the structural unit A is independent of the structural unit B , which facilitates the assembly and maintenance of the device. During operation, the unit A is heated very strongly and expands, while the unit B is cooled by the flow of the air-fuel mixture. The necessary play is obtained by sliding the sleeve 2 and the sliding bush 27 against each other. All you need to do is disassemble the screws
so 32 zu entfernen, um die innere Baueinheit B durch das Loch 30 herausziehen zu können.so to remove 32 in order to pull out the inner assembly B through the hole 30 can.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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