DE767313C

DE767313C - Einrichtung zum Kuehlhalten der Wandung von Brennkammern an Brennkraftturbinen mit Gleichdruckverbrennung

Info

Publication number: DE767313C
Application number: DED88242D
Authority: DE
Inventors: Constantin Schmidt
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1942-07-11
Filing date: 1942-07-11
Publication date: 1952-05-23

Description

Einrichtung zum Kühlhalten der Wandung von Brennkammern an Brennkraftturbinen mit Gleichdruckverbrennung

Die Erfindung betrifft eine I?iilriclltung

zum Kühlhalten der Wandung von Brenn-

kammern an Brennkraftturbilien, IleizItift-

stralsltriebwerken oder Treib-aserzeugern

mit Gleichdruckverbrennung.

Es ist bei Brennkammern der bezeichneten

Art bekannt, verdichtete Verlrcentitlnzrrsluft

vor ihrer Mischung mit dem Kräfts-tofi i111

Gegenstrom zu den Verbrennungsgasen all

der Brennraumwandung erstlang zu führen,

um diese zu kühlen. Die Luft strömt dabei

vor dein T?intritt in den Brennraum an der

Außenseite der Brenuraumwand zwischen

dieser und einem sie itingelxrtcfen Kühl-

inantel hindurch. Wenn hierbei die Brerns-

raitinwaii<1 im wesentlichen auch nur durch

die hohe Temperatur der Verlii-c-rrilun,gsgase

beansprucht wird, W.ihreild die Druck-

Irelastung in der Hauptsache von dem Kühl-

mantel äufgenominen wird, so nimmt- die

LrenitrauniNvand infolge unmittelbarer Be-

rührung mit den Verbrerinungsgasen doch

derart holte Temperaturen an., daß die Ver-

wendung von @cichtmetallcierun gen als

Baustoff ausgeschlossen ist. Andererseits muß der Ki'thlmatitv.l verhältnismäßig stark und entsprechend schwer ausgeführt «-erden, weil er durch strahlende Wärme nicht unbeträchtlich erwärmt wird. Dieser Nachteil tritt noch stärker in Erscheinung, wenn der Kühlmantel doppelwandig ausgeführt und die Verbrennungsluft im zweifachen Gegenstrom durch diesen geleitet wird.

Ferner ist eine Brennkammer für Gassörömungsmaschinen bekanntgeworden, hei welcher Brennstoff und Verbrennungsluft auf der einen Längsseite, die Kühlluft daauf der der 13rennstoffzufülirunggegenül>erliegenden anderen Längsseite aus einem die -Brennkammer umgebenden Kühlmantel durch sich aus der überdeckung der Ränder benachbarter Teile der Brennraum@vandung ergehende Spalte in Richtung der Verbrennungsgase in die Brennkammer eintritt und auf der Innenseite, der Brenuraumwandung entlang, streicht. Da dieser Kühlluftstrom nur erheblich geringer erhitzt wird als die an der Verhrennung des Kraftstoffes teilnehmende Luft. wird die zur Verdichtung der Kühlluft aufgewendete mechanische Energie und die der Kühlluft-mit,eterilte Wärme nur mit wesentlich schlechterem Wirkungsgrad in der anschließenden Turbine aus@znutzt, als dies bei der Verbrennungsluft der Fall ist. außerdem wird die Brennkammer nur auf einer Seite von innen durch einen Luftstrom gekühlt. -lemgegeiiül>er gestattet es die Erfindung, ohne- erhebliche Wärmeabfuhr nach außen und gegebenenfalls unter vollständigem Verzicht auf einen äußeren Kühlmantel die Brennraumwandun- allseiti(-verhältnismäßig kühl zu halten, so daß diese entsprechend dünnwandig und auch aus Leichtmetall hergestellt «-erden kann. Beim Betrieb auf Fahrzeugen erscheint z. 13. Bereits die ntürliche Kühlung durch den Fahrtwind als ausreichend, um die geringe noch notwendig werdende Wärmeabfuhr nach außen zu bewirken. Hierdurch wird die Erfindung besonders wichtig für den 13etriel> von Brennkammern in Flugzeugtriebwerken. Ein wesentlicher-Vorteil der Erfindung ist auch darin zu erblicken, daß die von der zugleich als Verbrennungsluft dienenden Kühlluft in Form von mechanischer Ar-1>eit und von \Urme aufgenommene I?nerl;ie finit dem theoretisch höchstmöglichen thernn >dynamischen Wirkungsgrad ausgenutzt wird.
Die Erfindung b2stelit darin. tlaß die Verhrennungsluft dein tireitnräutn am Austrittsende der Verl>reunungsl,a-e durch einen nahe der 1irentirautnwandutig ang=eordneten Ringspalt zugeführt wird, so daß sie sich als schützender Schleier von ringförmi-ein . (hierschnitt in an ,ich bekannter Weise dicht an der Innenseite der Ilrelinraum«andung ent-(ang bewegt, um darauf am Eintrittsende des Kraftstoffes durch entsprechende Gestaltung der Brennraumwandun- unter Umkehrung ihrer Bew a ingsrichtung dem inneren Teil des Brennraumes zugeleitet zu werden.
Die I-rfindung wird im folgenden an Hand tl°r Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei auch noch weitere Ausbildungsmöglichkeiten und Forteile dersell;en erlennbar «-erden. In der Zeichnung zeigt Alb. i die Brennkammer einer Brennkraftturbine mit Gleichdruckverbrennung im Längsschnitt, Abb. :2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Abb. i.
Der durch die an einem Ende der Brennkammer angeordnete Düse 6 in den Brennraum 5 der Kammer eingespritzte oder eingeblasene pulverförmige, flüssige oder gasförmige Kraftstoff wird dort in an sich I>ekannter Mreise mittels verdichteter Luft verbrannt, die der Brennkammer ebenfalls von außen zugeführt wird. Die Verbrennungsgase «-erden in einer am entgegengesetzten Ende der Brennkammer an=geordneten Düse 7 einspannt und treten aus ihr mit entsprechend hoher Strömungsgeschwindigkeit aus, um entweder unmittelbar durch Rückstoßwirkung; oder in einem hinter der Düse 7 angeordn@-ten Laufrad äußere Arbeit zu leisten.

U, in die Brennraumwandung 8 vor der hohen Temperatur der Flamme und der Verbrennungsgase zu schützen, wird die z. B. in einem Gebläse verdichtete und gegebenenfalls vorgekühlte Verbrennungsluft dem Brennraum am der -%,lerbrennutigsgase durch einen nahe der Brennraumwandung angeordneten c1iisenfärmigen Ringspalt g zugeführt, so daß sie sich als schützender Luftschleier von ringförmigem Querschnitt im Gegenstrom zu den im Brennraum in Richtung der Pfeile io strömenden Verbrennungsgasen dicht an der Innenseite der ßrennraumwandung entlang in Richtung der Pfeile I I he«-eggt. Am Eintrittsende des Kraftstoffes wird die `:erl>rentiungsluft durch entsprechende Gestaltung der Brennraumwandung an der Stelle 12 in Richtung der Pfeile 13 nach innen auf den Kraftstoffstrahl 14 hin umgelenkt, um nach ihrer Mischung mit dem Kraftstoff die Verbrennung im inneren "I'@il des Brfnnrauines weiter zit unterhalten. Selbstverständlich wird dabei die Richtuni und Durchschlagskraft des Kraftstoffstrahles t4 so gewählt, daß der Kraftstoff nicht his iii den Luftschleier hinein vordringt, damit dort noch keine Verbrennung stattfindet.

Die Bremtraumwandung 8 kommt also .iilit

den heilen Verbrennungsgasen oller mit der

Flamme überhaupt flicht in Berührung, so

daß eine Wärmeül)ertragtiil,(, von den \-ci--

brennungsgäsen. auf die tireiilir<ttiiiiwaii(liiiig

durch Konvektion nicht erfolgen kann. 1)ie

durch Strahlung von der Flamme auf die

Brenn.raumwandung übertrageileWürnie wird

ihr von dem kühlenden Luftschleier durch

Konvektion ständig wieder entzogen. Dadurch

wird die Brennraurmvandung wiihrend des

Betriebes verhältnismäßig kühl gehalten, wo-

bei es wesentlich ist, daß es hierzu keines

Wärmedurchgangs durch die Wandung be-

darf, sondern die von der Innenseite der

Wandung aufgenommene Wärme auch un-

mittelbar von deren Trnenseite wieder abge#-

gehen wird:

Man hat es dabei willig in der Hand, durch

Wahl der Weite des Ringspaltes 9 an sich

und im Verhältnis zur Gesamtquersclin@itts-

größe des Brennraumes 5 einerseits dein

Luftschleier eine solche Geschwindigkeit und

Richtungsl)eharrlichkeit mitzugeben, claß er

ülxsr'die ganze Länge des Breünrautnes an

Giessen Wandung 8 anliegt und die durch

Strahlung auf die Wandung übertragene

Wärme von dieser vollständig wieder ab-

führt, andererseits dem Luftschleier und Gien

Verbrennungsgasen einen so großen S.tTö-

ntungsquerschnitt innerhalb der Brennkammer

zur Verfügung zu stellen, cfaß die Relativ-

;reschwindigkeit zwischen dem Luftschleier

und den Verbrennungsgasen nicht zu hoch

und die Länge der Flamme im Brerinrautn

nicht zu groß wird. Durch eine-zu. große

Relativgesch-,vindigkeit zwischen dem Luft-

schleier und den Verbrennungsgasen tritt

eine unerwünscht hohe Auflösung von Gleit-

sc-h:ichten in Rin-wirbel16 am Rande der

Flamme und damit eine zu weitgehende, früh-

zeitige Vermischung von Verhrennungsluf;

und Verbrennungsgasen ein, die hei geringer

Diele des Luftschleiers zu dessen vorzeitiger

Auflösung und damit zur Ausbreitung der

Flamme 1)i.s an die Brennrauinwandung füh-

ren könnte. Eine verhältnismäßig geriarge

Geschwindigkeit der Verl)reiiiluiig"sgase im

Innern des Brennraumes ermöglicht ferner

wegen der sich daraus ergebenden gredrunge-

iten Form der Flainnie eine Annäherung der

Ili-eiiiiräuliiforiii an (liejenige eines Körpers

kleinster , Ofx:rfl:iche, wodurch die durch

Strahlung 'auf die Breiniraumwandung ül)cr-

tragene und von ihr wieder abzuführende

\\:I1'I11CIilellt;C klein gehalten t%-erden kann.

7LVecl<ill:ißi.g wählt 111a11 lx#i an sich mög-

lichst geringer Relativgeschwindigkeit zwi-

schen der Verbrennungsluft und den Ver_

breinlungsgasen innerhalb des Brennraumes

die absolute Geschwindigkeit der \'crbren-

I1@11@Sgasc, 1H_`S()Il<IC1'S 111 der X:ille l1eS .\L

trittsend.C':s (1e1" I@I'et111k:1111171@1', etwas #-rl)1;

all (112,'je@li:;e der Verbrennungsluft, dainit l

I@inwirl>(#1 tf) nicht in hiclrtitiitr (ler 1)fe

i i. sondern in Richtung der Pfeile io w:1

(lern, so 11a13 (1e1- Strom der Verhi-riinun

fase auf seinem Weg durch die Ausstrül

diise7 hindurch von einem Mantel aus weni-

Iwißem'Misch-as uin"el)en ist und dadur

auch die Wandung (ler .\usströrudüst

iil)erniiißiger .-\ufheizungr durch die. Verhrc

IILI17gS@a@e geSChüt7.t ist.

Die Wärmeaufnahme der 13reiiiimlr

@t'altd11I1@ durch Strahlung wird in (1<

v(>rliegenden Ausführuilgsheispiel außerck

dadurch verringert, daß die Innenseite 15 C

Wandung mit einer Wärmestrahlen-zttrüc

werfenden Oberfläche- versehen. also ei

weder selbst auf Hochglanz poliert oder 1i

einem hochglänzenden Überzug aus ein<

korrosionsfesten Metall, z. 13. Chrom, ülx

zogeir -ist. Diese an sich bei 13rennräum

von Brennkraftmaschineti bekannte 1-L-<

rahme hat in dem vorliegenden Zusanimc

bang lxssondere Bedeutung, weil die Iiiiic

äeite der Brennraumwandung liier nur 1i

der kühlen Frischluft in Berührung kom:

und auch selbst verhältnismäßig kühl Blei

dem korrodierenden JE. influß der Flamme u

(ler Verbrennungsgase aber vollständig ei

zogen ist, so daß eine Gewähr dafür beste

daß di- Ri.ickstralilunglsfälii"heit der Inilc

flä ehe während des Betriebes erlialten ble:

und sich weder Ruß noch Ölkodile auf ihr a

setzen können. Darüber hinaus kann

hochglänzende Innenfläche, falls im Daw

betri<wb auch- hei Gien mäßigen vorkommend

Temperaturen ein Blin'd@vercltil der Polft

unter dem Einfluß lies Luftsauerstoffes zu 1

furchten ist, mit einer durchsichtigen Glas

üi)erzo@en werden.

1)ie Düse; ist in' _\usführun@sl);:ispiel v

einem

Kühlraum 17 lllllgrelx

der voll einer Kühlflüssigkeit cltircliströ

wird. Sie kann gegel)enenfalls :1uch voll c

Verbrennungsluft vor Gieren Eintritt in (1

Brennraum gekühlt werden. 1?lx'iiso kann

Bedarfsfalle auch die 1',rennraumwandttn#

an ihrer Außenseite zus;itzlich durch Fris(

ltift oder durch eine Kühlflüssigkeit gchiil

we r(1-211.

\Vie aus Abb. 2 ersichtlich, wird die \-`(

1)I'i'lllltitl@@ltltt der R111-di1Se () :L11 (ICt17 Sti

ztil 18 durc 1r eine I?inlaufsl>irale tc) t:til4elit

zu-rfiihrt. Infolgedessen erhalten sowohl l

irisch in die 13reinikaninier eint-retende V(

1)r:`l)iiiiii#-,sllift als später auch die Verbr(

11@111@s;@a@l` l'Itlell in Iwiden 1':111e11 "lei(

icliteten Drall, durch ilen der Wcg, (1

heile Mittel 1)eiin ()urchströmcn des Brer

ratlines zurücklegen müssen, wesentlich gröl

wird als liei linearer ße@@-@@ung. 1)adu.rch wird die Kühlwirkung der frischen Verbrennungsluft auf die Brennraumwandung 8 erheblich verstärkt und gleichzeitig die axiale Länge der Flamme im Brennraum weiter verringert, was wieder eine Verkürzung des Brennraumes und damit eine Verkleinerung der zu kühlenden Wandungsläche zur Folge hat. Außerdem werden durch die entstehenden Fliehkräfte die spezifisch schwerere, weil kühlere, frische Verbrennungsluft stets nach außen an die Brennraumwandung, die leichteren Verbrennungsgase stets nach innen in dem: Kern des Brennraumes hineingedrängt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum Kühlhalten der Wandung von Brennkammern an Brennkraftturbinen, Heizluftstrahltriehwerken oder Treibgaserzeugern mit Gleichdruckv erbrennung, bei der die bereits verdichtete Verbrennungsluft vor ihrer Mischung mit dem Kraftstoff im Gegenstrom zu den Verbrennungsgasen an der Brennraumwandung entlang geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft dem Brennraum am Austrittsende der Verbrennungsgase durch einen nahe der Brennraumwandung angeordneten Ringspalt zugeführt wird, so daB sie sich als schützender Luftschleier von ringförmigem Querschnitt in an sich bekannter Weise dicht an der Innenseite der Brennraumwandung entlang bewegt, um darauf -am Eintrittsende des Kraftstoffes durch entsprechende Gestaltung der lirettilraumwailduih unter L7lilliellrltltt; ihrer Bewegungsrichtung deni inneren TeildesBrennrauines zugeleitet zuwerden. -
2. Einrichtung nach' .\nspruch i, dadurch gekennzeichnet, claß die Weite des Ringspaltes (9) und die Gesamtquerschnittsgröße des Brennraumes (5) so gewählt sind; daß bei an sich möglichst geringer Relativgeschwindigkeit zwischen der Verbrennungsluft und den Verbrennungsgasen innerhalb des Brennraumes die absolute Geschwindigkeit der 1 erbrennungsgase, besonders in der 'Nähe des Austrittsendes der Brennkammer, größer ist als diejenige der Verbrennungsluft.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen i und :2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft dem Brennraum in tangentialer Richtung, also mit Drall, zugeführt wird.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen r bis 3, dadurch gekennzeichnet. daß die Innenseite (15) der Brennraumwandung (8) mit einer Wärmestrahlen weitgehend zurückwerfenden Oberfläche und zum Schutz dieser Oberfläche gegelienenfalis mit einer Glasur versehen ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift X r- 503 974: französische Patentschrift \-r. 3.1.6 563; schweizerische Patentschrift N r. 2o6286.