DE2654696A1

DE2654696A1 - Brennstoffinjektor fuer ein gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2654696A1
Application number: DE19762654696
Authority: DE
Inventors: George Pask
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-12-06
Filing date: 1976-12-02
Publication date: 1977-06-08
Also published as: IT1065017B; FR2333956B1; FR2333956A1; JPS5289717A; JPS5756652B2; GB1547374A; US4092826A

Description

Patentanwälte Dip!.-Ing. C u rt Wal I ach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 2. Dezember 1976

Unser Zeichen: ₁₅

Rolls-Royce (1971) Ltd., London/England

Brennstoffinjektor für ein Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffinjektoren für Gasturbinentriebwerke.

Ein besonderes Problem beim Aufbau eines typischen Brennstoffinjektors liebt darin, daß er mit integralen Brennstoffzuführungsleitung en versehen ist, die zu einem ziemlich raumgreifenden Aufbau führen. Das Einsetzen und Entnehmen der Injektoren in das Triebwerk bzw. aus diesem heraus erfordern große Löcher in den verschiedenen Triebwerksgehäusen, die die Brennkammer umgeben und durch die der gesamte Injektoraufbau zur Entnahme hindurchgeführt und dann wieder so manövriert werden muß, daß die Injektoren im Ende des Flammrohres ordnungsgemäß zu liegen kommen.

Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, dieses Problem zu lösen,, indem beispielsweise getrennte Brennstoffkanäle vorgesehen werden, die einfach in einen bereits an Ort und Stelle im Flammrohr montierten Injektor eingesetzt und angeschlossen werden können. Bei dieser Anordnung ergeben sich jedoch weitere Probleme, insbesondere im Hinblick auf die Abdichtung der Enden der Brennstoffzuführungskanäle an der Stelle, wo sie auf

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den Injektor treffen» Die meisten modernen Brennstoffinjektoren sind so ausgebildet., daß sie den Brennstoff in einen sich drehenden Ring verwirbeln, der in der Nähe der Wandung des Injektors verläuft, so daß der Brennstoff in der Lage ist, radial aus dem Injektorkörper über unzulängliche Verbindungen oder Dichtungen nach außen zu treten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grund, diese Tendenz des Brennstoffaustritts zu beseitigen oder zu mindest zu reduzieren.

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffinjektor für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Hohlkörper, der mit komprimierter Luft gespeist wird, mit Mitteln zur Verwirbelung wenigstens

eines Teil der komprimierten Luft, wobei die Wand des Hohlkörpers mit einer öffnung versehen ist, in die das Ende einer Brennstoffzuführungsleitung einfügbar ist. Die gestellte Aufgabe wird hierbei darin gelöst, daß Mittel im Hohlkörper vorgesehen sind, um den zugeführten Brennstoff von der öffnung an einer Stelle stromab dieser Öffnung abzulenken, um so zu verhindern, daß Brennstoff durch die öffnung nach außen tritt.

Vorzugsweise weist der Hohlkörper einen kreisförmigen Querschnitt auf und empfängt den Brennstoff tangential aus dem Brennstoffzuführung skanal .

Die Mittel zur Ablenkung des Brennstoffs nach einer Stelle stromab der öffnung besteht vorzugsweise aus einer im wesentlichen schraubenförmig gestalteten Wand, die auf der inneren Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist.

Die öffnung ist vorzugsweise größer als das Ende der Brennstoffzuführungsleitung, wodurch ein Strömungskanal dazwischen gebildet wird, durch den komprimierte Luft in den Hohlkörper eintreten kann.

Ein weiterer zylindrischer Körper kann innerhalb des Hohl-

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körpers vorgesehen werden, um einen Ringkanal zu definieren, in den Brennstoff und Luft einströmt, wobei sich die im wesentlichen schraubenförmig gestaltete Wand über die Breite des Ringkanals erstreckt.

Vorzugsweise ist ein äußerer Körper vorgesehen, der wenigstens teilweise den Hohlkörper umgibt und einen Strömungskanal dazwischen definiert.

Die Erfindung umfaßt auch ein Gasturbinentriebwerk mit einem Brennstoffinjektor gemäß obiger Kennzeichnung.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem nach der Erfindung ausgebildeten Brennstoffinjektor,

Fig. 2 eine aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Brennstoffinjektors gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Axialschnitt des Brennstoffinjektors nach Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV gemäß Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V gemäß Fig. 3·

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Lufteinlaß 12, einem Kompressor 14, einerVerbrennungseinrichtung 16, einerTurbine 18, einem Strahlrohr 20 und einer Abgasdüse 22.

Die Verbrennungseinrichtung weist eine Brennkammer 24 auf, an deren stromoberseitigen Ende ein Brennstoffinjektor angeordnet ist. Dieser Brennstoffinjektor 26 besteht grundsätzlich aus einen hohlzylindrischen Körper 28 und einem äußeren Abschirmring 30, der einen Ringkanal 34 definiert und von dem Hohlkörper 28 durch eine Vielzahl von Wirbelschaufeln 32 im Abstand gehalten wird. Das stromauf ge-

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richtete Ende des Hohlkörpers 28 (gemäß Fig. 2 und 3 rechts) ist stromlinienförmig gestaltet und empfängt komprimierte Luft vom Kompressor 14.

Innerhalbdes Hohlkörpers 28 ist eine zylindrische Hülse 36 angeordnet, die einen Ringkanal 28 mit dem Inneren des Hohlkörpers 28 definiert und innerhalb der Hülse 36 befindet sich ein Zapfen 40, der sich über die volle Länge des Injektors 2β erstreckt und einen ringförmigen Strömungspfad 42 zwischen sich und der Hülse 36 bildet. Der Zapfen ist von der Hülse 36 im Abstand angeordnet und wird darin über Leitschaufeln 44 getragen, die geradlinig gestaltet sein können, wie in der Zeichnung dargestellt oder die so ausgebildet sein können, daß die komprimierte Luft verwirbelt wird.

Seitlich im Hohlkörper 28 befindet sich ein Loch 46, das mit dem Ringkanal 58 im wesentlichen tangential in Verbindung steht. Die innenseitige Wandung/des Hohlkörpers 28 von dem Loch 46 ist als archimedische Spirale ausgebildet. Der Ringkanal 38 ist mit einer Rückwand 50 ausgestattet, die schraubenlinienförmig verläuft und stromauf des Loches 46 beginnt und sich über im wesentlichen 360⁰ um den Kanal 38 herum erstreckt und über diesen Winkel ist die Wand 50 nach einer Stelle stromab des Loches 46 versetzt.

In das Loch 46 steht ein Brennstoffzuführungsrohr 52 ein, welches einen im wesentlichen ringförmigen Spalt zwischen sich und den Wandungen des Loches 46 beläßt« Stattdessen könnte eine Dichtung zwischen dem Rohr 52 und dem Loch 46 benutzt werden.

Im Betrieb strömt komprimierte Luft durch den Kanal 34 und durch den Strömungspfad 42. Ein Teil der Luft tritt auch durch das Loch 46 um die schraubenlinienförmige Wand 50 herum

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und in den Kanal 38 ein. In das Loch 46 wird Brennstoff eingespritzt, um eine aus Brennstoff und Luft bestehende, verwirbelte Masse im Kanal 38 zu bilden. Die schraubenlinienförmige Wand 50 verhindert, daß dieses Brennstoffluftgemisch radial nach außen aus dem Loch 46 austritt und demgemäß wird ein sich drehender Ring aus Brennstoff und Luft auf der Innenseite des Körpers 28 erzeugt. Am stromabwärtigen Ende des zentralen Hohlkörpers 28 bricht dieser aus Brennstoff und Luft bestehende Ring vom Rand der inneren Oberfläche des Hohlkörpers 28 ab zwischen den Strömungen komprimierter Luft, die durch den Kanal 34 und durch den Kanal 38 strömt und die Scherwirkung dieser beiden Strömen bewirkt eine Vernebelung des Brennstoffs in konischer Form, der in dieser Gestalt in die Brennkammer 24 eintritt.

Durch diese Ausbildung wird es möglich, den Injektor 26 als integralen Bestandteil der Brennkammer 24 herzustellen und die Brennstoffzuführungsleitungen 52 können aus relativ einfachen Rohren hergestellt werden.

Auf diese Weise wird das Einsetzen eines vollständigen Aufbaus von Brennstoffzuführungsleitungen und einem Injektor an Ort und Stelle im Ende der Brennkammer entbehrlich. Der Injektor kann vielmehr als integraler Bestandteil der Brennkammer hergestellt werden und nur die Brennstoffzuführungsrohre 52 brauchen entnehmbar zu sein, sodaß nur sehr viel kleinere Löcher in den Triebwerksgehäusen vorgesehen werden müssen, was eine einfachere Dichtung zwischen den Gehäusen und den Zuführungsleitungen ergibt.

Es kann außerdem der Injektor in seiner Konstruktion freier gestaltet werden, da er stromlinienförmiger und langer ausgebildet werden kann und eine verbesserte Luftströmung nach der Brennkammer vorgesehen werden kann,,

Patentansprüche: 7 0 S S 2 3 / 0 7 7 3

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Claims

Patentansprüche:

I)/Brennstoffinjektor für ein Gasturbinentriebwerk bestehend aus einem Hohlkörper, der mit komprimierter Luft gespeist wird und einer Vorrichtung zur Verwirbelung wenigstens eines Teils der komprimierten Luft, wobei die Wandung des Hohlkörpers mit einer Öffnung versehen ist, die das Ende einer Brennstoffzuführungsleitung aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (50) im Hohlkörper (28) vorgesehen sind, um den zugeführten Brennstoff von der Öffnung (46) nach einer Stelle abzulenken, die stromab der öffnung liegt, um zu verhindern, daß Brennstoff durch diese Öffnung 46 zurück und nach außen strömt.
2) Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (28) im Querschnitt kreisförmig ist und den Brennstoff tangential von der Brennstoffzuführungsleitung (52) empfängt.
3) Brennstoffinjektor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ablenkung des Brennstoffs stromab der öffnung (46) aus einer im wesentlicher schraubenförmig gestalteten Wand (50) bestehen, die auf der inneren Oberfläche (48) des Hohlkörpers (28) ausgebildet ist»
4) Brennstoffinjektor nach den Ansprüchen 1-3* dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (46) größer ist als das Ende der Brennstoffzuführungsleitung (52), wodurch ein Strömungskanal dazwischen gebildet wird, durch den komprimierte Luft in den Hohlkörper (28) eintreten kann.
5) Brennstoffinjektor nach den Ansprüchen 1-4, dadurch g e kennzeich net, daß ein weiterer zylindrischer Körper

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(36) innerhalb des Hohlkörpers (28) vorgesehen und so angeordnet ist, daß ein Ringkanal (38) gebildet wird, in den der Brennstoff eintritt.
6) Brennst off injektor nach Anspruch 5.» dadurch gekennzeichnet, d aß eine im wesentlichen schraubenlinienförmig gestaltete Wand (50) über die Breite des Ringkanals (38) verläuft.
7) Brennstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichne t,daß ein äußerer Körper (30) vorgesehen ist, der wenigstens teilweise den Hohlkörper umschließt und einen Luftströmungskanal dazwischen bildet.

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