DE846343C

DE846343C - Afterburner for jet engines

Info

Publication number: DE846343C
Application number: DEA4724A
Authority: DE
Inventors: Sidney Allen
Original assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Current assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Priority date: 1949-11-30
Filing date: 1950-10-19
Publication date: 1952-08-11
Also published as: FR1024777A; CH295488A; GB674641A

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 11. A UGUST 1952ISSUED AUGUST 11, 1952

A 4724 Ia/ 46 gA 4724 Ia / 46 g

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennanordnung für Strahltriebwerke, bei denen mit Hilfe einer besonderen Brennstoffzuführung eine Zündflamme unterhalten wird, um dadurch die Verbrennung der zugeführten Hauptbrennstoffmenge einzuleiten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Nachverbrennung oder Neuerhitzung der Austrittsgase eines Gasturbinentriebwerkes für Flugzeuge, in denen noch das Vorhandensein von Sauerstoff vermutet wird, obwohl die Erfindung auch Anwendung finden kann auf die Nachverbrennung von Brennstoff bei StaustrahlantriclxMi. The invention relates to a combustion arrangement for jet engines, in which with With the help of a special fuel supply system, a pilot flame is maintained in order to Initiate combustion of the main amount of fuel supplied. In particular, the Invention on post-combustion or re-heating of the exhaust gases of a gas turbine engine for aircraft in which the presence of oxygen is still suspected, though the invention can also be applied to the afterburning of fuel in ram jet engines.

Das Problem bei der Nach- oder Neuerhitzung der Austrittsgase einer Gasturbine besteht darin, die Flamme zu stabilisieren und sicherzustellen, daß der hier zugeführte Brennstoff mit gutem Wirkungsgrad ausgebrannt wird, wobei man sich vorstellen muß, daß die Austrittsgase in dem Austrittsrohr eine Geschwindigkeit von etwa 150 m pro Sekunde haben. Das gleiche Problem besteht im allgemeinen beim Verbrennen von Brennstoff in dem Strahl eines Staustrahlantriebes.The problem with reheating or re-heating the exhaust gases from a gas turbine is to stabilize the flame and ensure that the fuel fed here is with good Efficiency is burned out, it must be imagined that the exhaust gases in the exhaust pipe have a speed of about 150 m per second. The same problem exists generally when burning fuel in the jet of a ramjet.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gesetzt, dieses Problem in einfacher und billiger Weise zu lösen.The invention has set itself the task of solving this problem in a simple and inexpensive manner.

Erfindungsgemäß besteht eine derartige Nachbrennvorrichtung für ein Strahltriebwerk aus einem mit dem Strahlrohr gleichachsigen Gehäuse, das'an dem in der Strömungsrichtung vorderen Ende der Nachbrennzone liegt und an seinem der Strömung zugewendeten Ende wirbelerzeugende Leitschaufeln besitzt, durch die in das Innere des Gehäuses eine für die Verbrennung einer als Zündflamme dienenden Brennstoffmenge ausreixo chende Menge der Sauerstoff enthaltenden Gase eintreten kann, denen unter Umständen noch ein zusätzliches, Sauerstoff enthaltendes Gas zugemischt sein kann, wobei in dem Gehäuse eine Zündvorrichtung für die Zündflamme angeordnet und im übrigen die Vorrichtung so getroffen ist, daß die Hauptmenge des Brennstoffes den Gasen außerhalb des Gehäuses zugeführt wird.According to the invention, there is such an afterburning device for a jet engine from a housing coaxial with the jet pipe, das'an lies at the front end of the afterburning zone in the flow direction and at its the Flow-facing end has vortex-generating guide vanes through which into the interior of the Housing sufficient for the combustion of an amount of fuel serving as a pilot flame Corresponding amount of oxygen-containing gases can occur, which under certain circumstances still a additional, oxygen-containing gas can be admixed, with one in the housing Ignition device for the pilot flame is arranged and otherwise the device is made in such a way that that the bulk of the fuel is fed to the gases outside the housing.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen an einigen Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Fig. ι veranschaulicht im Teilschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer gesichert brennenden Zündflamme für die Nacherhitzung der Austrittsgase einer Gasturbine;The invention is illustrated in the drawings using a few exemplary embodiments. Fig. Ι illustrates a device according to the invention in partial section along the line I-I in FIG with a securely burning pilot flame for reheating the exhaust gases a gas turbine;

Fig. 2 ist ein Axialschnitt nach der Linie H-II in Fig. 1;Fig. 2 is an axial section on the line H-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt durch das der Strömung zugewendete Ende des erfindungsgemäßen Gehäuses nach der Linie ITI-III in Fig. 2;Fig. 3 is an enlarged partial section through the end facing the flow of the invention Housing according to the line ITI-III in Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Teilschnitt entsprechend der Darstellung in Fig. i, der jedoch eine abgeänderte Ausführung der Zuführung der Hauptbrennstoffmenge veranschaulicht;Fig. 4 is a partial section corresponding to the representation in Fig. I, but a modified one Execution of the supply of the main amount of fuel illustrated;

Fig. 5 zeigt eine geänderte Ausführungsform für Strahlrohre von großem Durchmesser in Form einer Endansicht in verkleinertem Maßstab;Fig. 5 shows a modified embodiment for jet pipes of large diameter in shape an end view on a reduced scale;

Fig. 6 ist wiederum ein Schnitt ähnlich Fig. 1 einer abgeänderten Ausführungsform, während Fig. 7 ein vergrößerter Teilschnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6 ist.Fig. 6 is again a section similar to FIG. 1 of a modified embodiment, while FIG. 7 is an enlarged partial section on the line VII-VII in FIG. 6.

Zur Bezeichnung gleicher Teile sind nach Möglichkeit in sämtlichen Figuren die gleichen Bezugszeichen gebraucht.To denote the same parts, the same reference numerals are used in all the figures as far as possible second hand.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 wird das Gehäuse 11, welches im allgemeinen zylindrische Form hat, obwohl es sich auch ein wenig kegelförmig in Richtung der Strömung erweitern kann, durch drei oder mehr Streben 12 vom Strahlrohr 13 getragen. An seinem der Strömung zugewandten Ende 14, das über eine kurze Entfernung völlig zylindrisch sein kann, trägt das Gehäuse eine Prallwand 15, die von wirbelerzeugenden Leitschaufeln 16 umgeben ist. In der Mitte der Prallwand sitzt eine Zündkerze oder irgendeine andere Zündvorrichtung 17 mit üblicher Anschlußleitung 18, die dazu dient, die Zündflamme der Nachbrennvorrichtung zu zünden.In the embodiment of FIGS. 1 to 3, the housing 11, which is generally cylindrical Shape, although it also flares a little cone in the direction of the flow can, carried by three or more struts 12 from the jet pipe 13. At his the current facing end 14, which can be completely cylindrical over a short distance, carries the Housing a baffle 15 which is surrounded by vortex-generating guide vanes 16. In the middle the baffle sits a spark plug or some other ignition device 17 with a conventional connection line 18, which is used to ignite the pilot flame of the afterburner.

In den Innenraum des Gehäuses vi führt ein Rohr 21 für die Zuführung des Brennstoffes zur Zündflamme. Dieses Rohr besitzt eine oder mehrere seitliche kalibrierte Auslaßöffnungen 22, 22, durch die Brennstoff bei einem verhältnismäßig i niedrigen Druck, beispielsweise bei einer Druck-I differenz von etwa 7 kg/cm², in einer der Wirbelrichtung entgegengesetzten Richtung austreten kann (Fig. 7). Zusammen mit den durch die Leit-J schaufeln verwirbelten Gasen, deren Eintritt durch ! die Pfeile 23 angedeutet ist, bildet die kalibrierte j Brennstoffzufuhr eine Art sich axial bewegenden Wirbels, in welchem die Flamme stabil ist, wobei dieser Wirbel Teilchen des Brennstoffes nach außen in Berührung mit der Innenfläche des Gehäuses 11 bringt und dadurch die Verdampfung des Brennstoffes unterstützt.A pipe 21 for supplying the fuel to the pilot flame leads into the interior of the housing vi. This tube has one or more lateral, calibrated outlet openings 22, 22 through which fuel can exit in a direction opposite to the vortex direction at a relatively low pressure, for example at a pressure difference of about 7 kg / cm ^{2 (Fig. 7} ). Together with the gases swirled by the guide vanes, their entry through! the arrows 23, the calibrated fuel supply forms a kind of axially moving vortex in which the flame is stable, this vortex bringing particles of the fuel outwardly into contact with the inner surface of the housing 11 and thereby supporting the evaporation of the fuel.

Die Hauptmenge des für die N"acherhitzung bej stimmten Brennstoffes wird dem ringförmigen Raum twischen dem Strahlrohr und dem Gehäuse 11 zugeführt. Zu diesem Zweck dienen sechs radial gerichtete, in Winkelabständen angeordnete Zuführungsrohre 25, die ebenso wie das Zuführungsrohr 21 zur Zündflamme ihren Brennstoff von einer ringförmigen Versorgungsleitung 26 empfangen. Jedes der Rohre 25 besitzt in Abständen drei Austrittsöffnungen 27. Die Zündflamme, die an dem in Strömungsrichtung liegenden Ende des Gehäuses 11 austritt, hat eine radiale Geschwindigkeitskomponente und vermittelt dadurch die Zündung der j Hauptbrennstoffmenge.The bulk of the fuel intended for subsequent heating becomes the ring-shaped The space between the jet pipe and the housing 11 is supplied. For this purpose, six are used radially directed, angularly spaced feed pipes 25, which like the feed pipe 21 to the pilot flame their fuel from a annular supply line 26 received. Each of the tubes 25 has three outlet openings at intervals 27. The pilot flame, which emerges at the end of the housing 11 lying in the direction of flow, has a radial velocity component and thereby mediates the ignition of the main amount of fuel.

Die Ausführungsform der Fig. 4 unterscheidet sich von der der Fig. 1 bis 3 dadurch, daß die Zuführungsrohre 25 für die Hauptbrennstoffmenge in der Ebene des in Strömungsrichtung liegenden Austrittsendes des Gehäuses 11 angeordnet sind.The embodiment of FIG. 4 differs from that of FIGS. 1 to 3 in that the feed pipes 25 for the main fuel quantity are arranged in the plane of the outlet end of the housing 11 lying in the direction of flow.

Bei Strahlrohren von verhältnismäßig geringem Durchmesser entsprechend den Fig. 1 bis 4 wird ein einziges Gehäuse 11 mit den zugehörigen Teilen ausreichen. Durchmesser und Lage des Austrittsendes dieses Gehäuses werden im Verhältnis zum Durchmesser des Strahlrohres 13 und seiner Länge so gewählt, wie es notwendig ist, um sicherzustellen, daß sämtlicher zugeführter Brennstoff innerhalb der erforderlichen Länge des Strahlrohres ausgebrannt wird. Bei Strahlrohren von größerem Durchmesser kann man auch eine Mehrzahl gleicher Gehäuse 11 und der zugehörigen Teile benutzen, die zweckentsprechend über den Querschnitt des Strahlrohres verteilt sind. Das zeigt Fig. 5, wo die Zündvorrichtungen 17 der einfachen Darstellung halber fortgelassen sind. ^llQ In the case of radiant tubes of relatively small diameter according to FIGS. 1 to 4, a single housing 11 with the associated parts will suffice. The diameter and position of the outlet end of this housing are selected in relation to the diameter of the jet pipe 13 and its length as necessary to ensure that all fuel supplied is burned out within the required length of the jet pipe. In the case of jet pipes with a larger diameter, it is also possible to use a plurality of identical housings 11 and the associated parts, which are appropriately distributed over the cross section of the jet pipe. This is shown in FIG. 5, where the ignition devices 17 have been omitted for the sake of simplicity. ^llQ

Die Ausführungsformen der Fig. 6 und 7 unterscheiden sich von Fig. 1 bis 3 hauptsächlich in folgenden drei Beziehungen:The embodiments of FIGS. 6 and 7 differ from FIGS. 1 to 3 mainly in following three relationships:

i. An den in der Strömung liegenden rückwärtigen Kanten der Tragstreben 12 sind auseinander- ¹¹S gehende Streifen 29 angebracht, die als Störflächen Turbulenz erzeugen und dadurch den Ausbrennvorgang unterstützen sollen. Diese Störflächen, die mit den Streben 12 nicht aus einem Stück zu sein brauchen, sind so angeordnet, daß ihre innenliegenden Enden eine Fortsetzung des in Strömungsrichtung liegenden Endes des Gehäuses Hi bilden. Die außenliegenden Enden dieser Störflächen brauchen nicht notwendigerweise weiter strömungswärts gegenüber ihren inneren Enden i^a5 zu liegen, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die Außen-i. Continuous strips 29 are attached to the in-flow edges of the rear support struts 12 apart ^11S, which generate turbulence as interfering surfaces and to thereby promote burnout. These interference surfaces, which do not need to be in one piece with the struts 12, are arranged so that their inner ends form a continuation of the end of the housing Hi lying in the direction of flow. The outer ends of these disruptive surfaces do not necessarily have to be located further upstream opposite their inner ends i ^a 5, as is shown in FIG. 6. The exterior

enden können auch in der gleichen radialen Ebene oder sogar gegenüber den inneren Enden der Strömung entgegengewandt liegen. In jedem Fall sollen jedoch die äußeren Enden dieser Störflächen einen . ausreichenden Abstand von der Wandung des Strahlrohres 13 besitzen.can also end in the same radial plane or even opposite the inner ends of the flow face opposite. In any case, however, the outer ends of these disruptive surfaces should unite . have a sufficient distance from the wall of the jet pipe 13.

2. Das Rohr 2[ für die Versorgung der Zündflamme hat nur eine einzige Auslaßöffnung 22 und durchsetzt nicht das Gehäuse iii.2. The tube 2 [for the supply of the pilot flame has only a single outlet opening 22 and does not penetrate the housing iii.

3. Die Zündvorrichtung 17 ist seitlich durch die Wandung des Gehäuses 11 hindurchgeführt und endet in der Xiitte des Gehäuses ein wenig strömungsabwärts von der Prallwand 15, wo in dem Gehäuse verhältnismäßig stabile Bedingungen herrschen.3. The ignition device 17 is passed laterally through the wall of the housing 11 and ends in the middle of the housing a little downstream from the baffle 15, where in relatively stable conditions prevail in the housing.

Nach einer anderen Ausführungsform kann der gesamte für die Nacherhitzung dienende Brennstoff mit einem Teil der verdünnten Verbrennungsgase bereits gemischt werden, bevor er in die Tur- According to another embodiment, all of the fuel used for post-heating can be used be mixed with some of the diluted combustion gases before entering the tur-

ao bine eintritt. In gleicher Weise kann auch der gesamte Nacherhitzungsbrennstoff mit Luft aus dem Kompressor gemischt werden. Ähnlich ist es natürlich auch möglich, nur die Hauptbrennstoff zufuhr für die Nacherhitzung in einer dieser beidenao bine entry. In the same way, the entire reheating fuel with air can also be removed from the Compressor can be mixed. Similarly, it is of course also possible to only supply the main fuel for post-heating in one of these two

Ϊ5 Weisen aufzubereiten, während der Brennstoff für die Zündflamme nur als reiner Brennstoff zugeführt wird.Ϊ5 ways to recycle while the fuel for the pilot flame is only supplied as pure fuel.

Statt den Brennstoff für die Zündflamme oder auch die Hauptbrennstoffmenge bei einer verhältnismäßig niedrigen Druckdifferenz zuzuführen, können beide auch unter hohem Druck in zerstäubter Form eingeführt werden, obwohl dies gewöhnlich nicht zweckmäßig ist.Instead of the fuel for the pilot flame or the main amount of fuel for a relatively low pressure differential, both can also be atomized under high pressure Form, although this is usually not convenient.

Durch die Erfindung wird der Anteil des das Strahlrohr mit hoher Geschwindigkeit durchströmenden Gases, der durch die wirbelerzeugenden Leitflächen 16 in das Gehäuse tritt, in einen Gaswirbel von hoher Geschwindigkeit umgewandelt, der jedoch eine verhältnismäßig geringe Axialgeschwindigkeit besitzt, so daß die Zündflamme in dem Gehäuse ausreichend beständig ist.With the invention, the portion of the jet pipe flowing through at high speed is reduced Gas that passes through the vortex-generating guide surfaces 16 in the housing, into a gas vortex converted from high speed, but which has a relatively low axial speed possesses, so that the pilot flame is sufficiently stable in the housing.

Claims

Patent claims:

1. Xachbrennvorrichtung for jet engines, characterized in that one with Jet pipe (13) coaxial housing (/ i 1) the front end of the afterburning zone in the flow direction is arranged that on its end (14) facing the flow has vortex-generating guide vanes (116), through which a sufficient amount of oxygen-containing gas flows into the interior of the housing can be used to maintain a fuel-fed pilot flame produced by a Ignition device (17) is ignited while supplying the main amount of fuel a special device (21, 22) is used for the gas flow outside the housing.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the housing (11) is generally cylindrical in shape, but in the direction the flow can widen its cross-section a little conically.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the housing (11) in the middle of its end (14) facing the flow with a baffle wall (15) is equipped, which is surrounded and held by vortex-generating guide vanes (16), wherein the ignition device (17) substantially in the middle behind the baffle on the The side facing away from the flow is located.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner ends of interfering surfaces (29) at the end of the in the direction of flow Connect the housing (11).

1 sheet of drawings

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