DE810215C - Zuendvorrichtung fuer Brennkammern fuer Gasturbinen und Strahltriebwerke - Google Patents

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 6. AUGUST 1951

J& 8 1 O 21

S1440Ia/46f

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündvorrichtung für Brennkammern für Gasturbinen oder Strahltriebwerke mit mindestens zwei einander umschließenden Kammerwänden, deren Zwischenraum für die Zufuhr von Luft dient, die durch Öffnungen in der Innenwand in den Verbrennungsraum tritt, und mit einer durch die Außenwand und die Innenwand hindurchgeführten Zündkerze.

Für die direkte Entzündung einer Brennkammer braucht man im allgemeinen eine elektrische Zündvorrichtung für hohe Spannung mit einer Zündkerze, bei der die Elektroden durch einen Spalt voneinander getrennt sind. Diese Zündkerze ist derartig angebracht und hergestellt, daß ein Luftstrom aus dem Raum zwischen den Wänden der Verbrennungskammer sowohl längs der Zündkerze als auch durch das Innere der Zündkerze hindurch in die Kammer treten kann. Dieser Luftstrom ist notwendig für das Kühlen und für das Sauberblasen der der Flamme ausgesetzten Elektroden der Zündkerze. In einer Brennkammer der beschriebenen Art verrußen die Zündkerzen sehr schnell. Wird der Spalt zwischen den Elektroden durch mehr oder weniger verkohlten Brennstoff überbrückt, dann arbeitet die Hochspannungszündkerze nicht mehr. Um einen gut zündenden Funken zu bekommen, ist ein starker Luftstrom, der den Spalt zwischen den Elektroden offenhält, deshalb unbedingt notwendig.

Es hat sich gezeigt, daß die längs der Zündkerze und durch diese in den Verbrennungsraum tretende Luft das Gasgemisch in der Umgebung der Zünd-

kerze derartig arm macht, daß auch für die kräftigsten Zündfunken die Zündung des Gemisches sehr schwierig und unter Umständen sogar nicht mehr möglich ist. Will man auf diese Weise die Zündung gewährleisten, so muß man das Gasgemisch sehr reichlich einstellen und die Zufuhr von Luft durch den Mantelraum der Verbrennungskammer soweit wie möglich einschränken. Befindet sich ein Flugzeug mit Rückstoß turbine auf dem

ίο Boden, so kann man dieser Forderung einfach nachkommen, befindet sich aber das Flugzeug in der Luft und hat eine große Geschwindigkeit, dann zeigt sich, daß man die Rückstoßturbine, wenn die Brenner durch die eine oder andere Ursache ausgegangen sind, nur noch dann entzünden kann, wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs erheblich herabgesetzt wird, aber auch dann zeigt sich, daß die Entzündung noch sehr zweifelhaft ist. Glückt es nicht, die Brennkammer neu zu entzünden, dann ist die Möglichkeit groß, daß das Flugzeug und der Pilot verunglücken, aber auch dann, wenn der Motor nach einigen fruchtlosen Versuchen wieder zündet, entsteht eine große Gefahr, nämlich die, daß durch die Zündung der großen Menge Brennstoff in der Kammer diese explodiert und das Flugzeug in Brand gerät.

Man hat nun versucht, dem Übel der brennstoffarmen Zone in der Umgebung der Zündkerze dadurch abzuhelfen, daß man deren Elektroden weiter in die Verbrennungskammer hineinragen läßt. Die Schwierigkeit dieser Lösung besteht darin, daß die Elektroden nicht mehr genügend gekühlt werden können und verbrennen.

Die Erfindung vermeidet die obengenannten Schwierigkeiten vollkommen. Sie besteht darin, daß die Zündkerze eine mit einer direkten Kondensatorentladung oder mit Kondensatorladung arbeitende Gleitfunkenzündkerze ist, die auch durch die Innenwand gasdicht hindurchgeführt ist. Eine Gleitfunkenzündkerze ist eine Zündkerze, bei welcher die Elektroden nicht durch einen Spalt voneinander getrennt sind, sondern durch einen isolierenden oder halbleitenden Werkstoff, über dessen freie Oberfläche die Zündfunken kriechen. Verschmutzungen auf der Oberfläche des Trennstoffes zwischen den Elektroden durch Kohleansatz oder den Brennstoff bewirken, daß die Zündkerze anstatt schlechter besser arbeitet. Das Sauberblasen der Zündkerze muß deshalb gerade vermieden werden. Die Elektroden der Zündkerze können sehr kräftig und widerstandsfähig ausgeführt werden, sie brauchen auch nicht aus dem Zündkerzenkörper herauszuragen und können somit zu einem massigen Ganzen gemacht werden. Macht man die Metallteile einer derartigen Zündkerze aus gut wärmeleitendem Werkstoff, dann kann die Wärme, die an der wirksamen Oberfläche der Zündkerze durch diese aufgenommen wird, ausschließlich durch Leitung nach außen abgeführt werden. Eine Kühlung der wirksamen Oberfläche der Elektroden mit Hilfe eines Luftstroms ist deshalb unnötig. Entsprechend der Erfindung schließt man nun die Innenwand der Brennkammer in der Umgebung der Zündkerze.

Das hat zur Folge, daß das in die Kammer gebrachte Gemisch in der Umgebung der Zündkerze nicht durch die durch eine öffnung der Innenwand in die Kammer strömende Luft arm wird oder sogar vollständig weggeblasen wird. Es wird deshalb immer in der Zone um die Elektroden der Zündkerze ein gutes und reiches Gemisch vorhanden sein, das leicht entzündet werden kann. Versuche haben bewiesen, daß die Entzündung in der Brennkammer mit der Einrichtung der Erfindung innerhalb des praktisch brauchbaren Gebietes vollkommen unabhängig geworden ist von der Geschwindigkeit, mit der die Luft in die Brennkammer eingeführt wird. Die Schwierigkeit der Wiederentzündung von Brennkammern während des Fluges ist hiermit vollständig vermieden.

Da die Umgebung der Zündkerze vor der Entzündung immer ein gut entzündbares Gemisch hat, kann man die Zündkerze so einbauen, daß sie nicht durch die Innenwand hindurch ragt. Die Zündkerze ist dann weniger stark der Hitze der Verbrennung ausgesetzt, so daß weniger Wärme abgeführt zu werden braucht. In dem Raum zwischen den Wänden der Brennkammer kann man die Zündkerze obendrein noch mit Kühlrippen versehen, entlang denen die nach der Brennkammer strömende Luft streicht. ■

Zur näheren Erläuterung dient die Zeichnung. Diese zeigt in

Fig. ι schematisch einen Längsschnitt des Teils der Brennkammer einer Rückstoßturbine mit Hochspannungszündkerze in der bekannten Ausführung;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt einer Brennkammer mit einer Zündkerze nach der Erfindung; in den

Fig. 3, 4 und 5 sind verschiedene Arten des Einbaus der Zündkerze dargestellt.

In Fig. ι und 2 ist mit 1 die Außenwand und mit 2 die Innenwand einer Brennkammer 3 einer Rückstoßturbine bezeichnet. Zwischen beiden Wänden befindet sich ein Raum 4, durch den die Luft zugeführt wird, die durch die öffnungen 5 (Fig. 2) in die Brennkammer geleitet wird. Bei 6 wird Brennstoff in die Kammer 3 gespritzt, der sich mit der durch die öffnungen 7 des Brenners in die Kammer gebrachten Luft zu einem entzündbaren Gemisch vermengt. Bei der bekannten Brennkammer wird für die Entzündung des Gemisches eine sogenannte Hochspannungszündkerze 8 verwendet (Fig. 1), die gasdicht durch die Außenwand 1 hindurchgeht und mit ihren Elektroden 9 und 10 durch eine geräumige öffnung 11 der Innenwand 2 hindurchgeführt ist. Die Außenelektrode 9 ist hohl und mit einer öffnung versehen. Die zentrale Elektrode 10 endet unter dem vorstehenden Rand 13 am Ende der Außenelektrode 9. Die Luft, die mit großer Geschwindigkeit durch den Raum 4 zugeführt wird, strömt zum Teil durch die öffnung 11 der Innenwand und durch die öffnung 12 der Zündkerze in die Brennkammer. Diese Luft dient zum Kühlen der Elektroden 9 und 10, die eine zu geringe Masse haben, um die an dem wirksamen Zündkerzenende aufgenommene Wärme abzuführen. Sie dient außerdem zum Offenhalten des Funken-

Spalts am Rand 13. Die längs der Zündkerze und durch diese durchziehende Luft verursacht aber auch um das wirksame Ende der Zündkerze eine Zone 14, wo das Gemisch sehr arm ist und sehr schwierig oder unter Umständen überhaupt nicht entzündet werden kann. Um diesen Schwierigkeiten einigermaßen auszuweichen, sind die Elektroden 9, 10 weit in den Verbrennungsraum hineingeführt. Das hat aber den Nachteil, daß die Elektroden 9, 10 stark der Hitze der Verbrennung in der Kammer 3 ausgesetzt sind und dadurch leicht verbrennen.

Entsprechend der Erfindung wird von einer mit direkter Kondensatorentladung arbeitenden Gleitfunkenzündkerze 15 (Fig. 2) Gebrauch gemacht. Diese besteht im Prinzip aus einer verhältnismäßig dicken zentralen Elektrode 16, einer dünnen isolierenden oder halbleitenden Schicht 17 und einer rohrförmigen Außenelektrode 18 (Fig. 3, 4 und 5).

Da die Spannung, mit der die Zündkerze arbeitet, verhältnismäßig niedrig ist, kann die Trennschicht 17 dünn sein. Die Zündkerze bildet deshalb einen massigen, in der Hauptsache metallischen Körper, der, wenn man diesen aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff macht, die an der wirksamen Oberfläche aufgenommene Wärme durch Leitung abführen kann. Die Zündfunken entstehen bei 19 an der freien Oberfläche der Trennschicht 17. Die Zündkerze ist mit ihrem Ende gasdicht in die Innenwand 2 der Verbrennungskammer eingesetzt. Ihr wirksames Ende ragt nicht aus der Wand 2 nach innen, so daß die Zündkerze weniger stark der Hitze der Verbrennung in der Kammer 3 ausgesetzt ist als die Zündkerze entsprechend Fig. 1.

In der Umgebung des wirksamen Endes der Zündkerze befinden sich keine öffnungen in der Innenwand, so daß das in der Umgebung befindliche Gemisch nicht durch einen besonderen Luftstrom arm oder sogar vollständig weggeblasen wird, so wie etwa bei der bekannten Entzündungsweise. Die Entzündung ist deshalb nicht mehr abhängig von der Geschwindigkeit, mit der sich die Luft im Raum 4 bewegt und dem Verbrennungsraum 3 zugeführt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Zündkerze in die Außenwand geschraubt und mit einem Flansch 20 und einer Dichtung 21 luftdicht gegen die Innenwand 2 abgeschlossen.

In Fig. 4 ist das wirksame Ende der Zündkerze kegelförmig ausgeführt. Dieses Ende paßt in eine kegelförmige öffnung in der Innenwand 2. Die Zündkerze ist in die Außenwand 1 geschraubt.

Die Zündkerze nach Fig. 5 ist in die Innenwand 2 geschraubt und schließt mit einem Flansch 22 und einer Packung 23 gegen die Außenwand ab. Die Schraubverbindung ergibt einen Verschluß, der, wenn auch nicht vollkommen dicht, doch genügend ist, um einen starken Luftstrom aus dem Raum 4 in die Kammer 3 längs der Zündkerze zu verhindern. Diese Zündkerze ist mit Kühlrippen 24 versehen.

Es ist klar, daß viele andere Befestigungen der Zündkerze in den Wänden 1 und 2 möglich sind und die Erfindung mit dem gleichen Vorteil bei Gasturbinen angewendet werden kann.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zündvorrichtung für Brennkammern für Gasturbinen und Strahltriebwerke mit mindestens zwei einander umschließenden Kammerwänden, deren Zwischenraum zur Zufuhr von Luft dient, die durch öffnungen in der Innenwand in den Verbrennungsraum tritt, und mit einer durch die Außen- und Innenwand hindurchgeführten Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze eine mit direkter Kondensatorentladung oder mit Kondensatorladung arbeitende Gleitfunkenzündkerze ist, die auch durch die Innenwand gasdicht hindurchgeführt ist.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze gut wärmeleitenden Werkstoff enthält und eine die Wärme- ableitung begünstigende Konstruktion aufweist,

z. B. in dem Raum zwischen den Wänden der Brennkammer mit Kühlrippen versehen ist.

3. Anwendung der Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 an Gasturbinen und Strahltriebwerken mit einer oder mehreren Brennkammern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 984 7.