DE847091C

DE847091C - Heissluftstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE847091C
Application number: DED6819D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr-Ing Glamann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1944-05-13
Filing date: 1944-05-13
Publication date: 1952-08-21

Description

Heißluftstrahltriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein Heißluftstrahltriebwerk, bei dem die von einem Verdichter auf den Betriebsdruck verdichtete Arbeitsluft zum "heil einer Brennkammer zugeleitet wird, um dort als Verbrennungsluft zu dienen, zum anderen Teil um die Brennkammer herumgeführt und hinter der Brennkammer mit den aus dieser austretenden Verbrennungsgasen gemischt wird, um, gegebenenfalls nach dem Durchgang durch eine den Verdichter antreibende Turbine, schließlich durch eine oder mehrere Rückstoßdüsen ins Freie auszutreten.
Um eine innige Mischung der Verbrennungsluft mit dein in diese eingespritzten Kraftstoff und eine möglichst schnelle Verbrennung des Kraftstoffs mit kurzer Flamme zu erzielen, ist eine lebhafte Verwirbelung des in die Brennkammer eintretenden Teils der Arbeitsluft erforderlich. Dadurch entstehen in der Brennkammer Druckverluste, die in dem um die Brennkammer herumströmenden Luftanteil an sich nicht auftreten. Infolgedessen war man bei den bisher bekannten Triebwerken der beschriebenen Art gezwungen, den um die Brennkammer herumströmenden Luftanteil künstlich durch zusätzliche Widerstände zu drosseln, um genügend Verbrennungsluft in die Brennkammer hinein zu bekommen, so daß auch in dem nicht an der Verbrennung teilnehmenden Luftanteil entsprechende Druckverluste auftreten. Durch die Erfindung wird nicht nur dieser Mangel beseitigt, sondern es werden darüber hinaus auch noch weitere wertvolle Vorteile betrieblicher Art erzielt.
Die Erfindung besteht darin, daß hinter dem Verdichter für die gesamte Betriebsluft noch eine oder zwei Verdichterstufen lediglich für den durch die Brennkammer strömenden Luftanteil angeordnet sind. Bei der meist benutzten Ausbildung des Verdichters als Axialgebläse und ringförmiger Anordnung der Brennkammern um die Gebläseachse herum hat sich die folgende Ausführungsform der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen: Man ordnet hinter der letzten Verdichterstufe für die Gesamtluft auf dem gleichen Schaufelträger noch einen oder zwei Schaufelkränze mit wesentlich geringerer Schaufelhöhe als die vorhergehenden Verdichterstufen an und legt die Einlaßöftnung der Brennkammern in den Bereich dieser zusätzlichen Schaufelkränze. Die Höhe der zusätzlichen Schaufeln steht dabei zur Höhe der letzten Verdichterschaufeln für die Gesamtluft zweckmäßig im gleichen Verhältnis wie die Brennkammerluftmenge zur Gesamtluftmenge.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt Abb. i eine Übersichtsskizze in Form eines Längsschnitts durch das Gesamttriebwerk, Abb. 2 den in Abb. i mit A bezeichneten Ausschnitt in größerem Maßstab, Abb.3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Abb. 2 und Abh. ,4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in der gleichen Darstellungsweise wie Abb. 2.
Das in eine strömungsgünstige Verkleidung 5 eingeschlossene Triebwerk besteht im wesentlichen aus einem mehrstufigen Axialgebläse 6, den ringförmig angeordneten Brennkammern 7, dem ringförmigen Umführungsraum 8, dem Mischraum 9, der Gasturbine io und der Rückstoßdüse iii.
Die bei 24 in die Verkleidung 5 eintretende äußere Luft wird in dem Gebläse 6 auf einen Überdruck von. etlichen Atmosphären verdichtet. Ein Teil der verdichteten Luft strömt in die Brennkammern 7 ein und dient dort als Verbrennungsluft für den eingespritzten flüssigen Kraftstoff. ,Der andere, größere Teil der verdichteten Luft wird durch den Ringraum 8 um die Brennkammern herumgeleitet und in dem Raum g mit den aus den Brennkammern austretenden heißen Verbrennungsgasen gemischt, um diese auf eine tragbare Temperatur abzukühlen. Ein Teil der potentiellen Energie des Gasgemisches wird darauf in der Turbine io in mechanische Arbeit . umgewandelt, um den Leistungsbedarf des zusammen mit der Turbine auf ein und derselben Welle sitzenden Verdichters 6 zu decken. Nach dein Austritt aus der Turbine wird der restliche 1)ruckiil>erschuß des Gasgemisches in der Rückstoßdüse i i zur Erzeugung von Vortriebskraft ausgenutzt.

Für die erforderliche innige Mischung des eingespritzfen Kraftstoffs mit der Verbrennungsluft, für die Wirbelbildung innerhalb der Flamme selbst sowie für das Mischen der ausgebrannten Gase mit den die Brennkammern umgehenden Luftanteil wird ein erhebliches Druckgefälle zwischen dem

Eintrittsende 12 und dem Austrittsende 13 der

Brennkammern benötigt. Um nun nicht gezwungen

zu sein, einen Bleichgroßen Druckabfall in dem

die Brennkammern umgehenden, größeren Luft-

anteil nutzlos hervorzurufen, sind gemäß der Er-

findung auf dem Läufer 1.4 des Gebläses 6 noch

zwei zusätzliche Druckstufen 15, iß angeordnet,

deren Schaufelhöhe nur ein Viertel von derjenigen

der letzten Stufe 17 des Hauptverdichters beträgt,

was im vorliegenden Falle ungefähr dem Ver-

hältnis der durch die Brennkammern gehenden

Luftmenge zu der gesamten vom Verdichter 6 ge-

förderten Luftmenge entspricht. Die von den zu-

sätzlichen Druckstufen 15, r6 geförderte Luft-

menge wird ausschließlich den Brennkammern 7

zugeleitet. Auf diese Weise bleibt der in den

Brennkammern entstehende höhere Druckverlust

auf den durch die Brennkammern hindurch-

strömenden Luftanteil beschränkt.

Man erhält dabei gleichzeitig noch folgende Vor-

teile:

i. Die Wirbelenergie in den Brennkammern kann

beliebig hoch gewählt und damit eine vorzügliche

Gemischbildung und Verbrennung erzielt werden.

2. Das Einspritzen des Kraftstoffs kann vor den

zusätzlichen Druckstufen erfolgen. Dadurch ent-

fällt die Notwendigkeit, Gien Kraftstoff auch in

den unteren Laststufen besonders fein zu zer-

stäuben, woraus sich eine wesentliche Verein-

fachung der Einspritzvorrichtungen und ihrer

Regelung ergibt. Der vor den zusätzlichen Druck

stufen eingespritzte Kraftstoff wird durch die

Luftwirbelung zwischen den Schaufeln dieser

Stufen so intensiv zerstäubt, vernebelt und mit der

Verbrennungsluft vermischt, daß sich in allen Be-

lastungsstufen des Trielnverks eine ausgezeichnete

Gemischbildung und Verbrennung ergibt.

3. Durch die größere vor den Brennkammern zur Verfügung stehende Druckenergie der Verbrennungsluft kann auch die Vermischung der Brenngase mit dem die Brennkammern umgehenden Luftanteil am Austrittsende der Brennkammern vollständiger gemacht werden als bisher, da der Drucküberschuß der Brenngase die Anwendung von Kreuzströmungen, tangentialer Verwirbelung sowie aller sonstigen bekannten Verfahren zur innigen Vermischung zweier Gase unter Aufwand von Druckenergie gestattet.

Demgemäß sind bei dem in Abb. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Einspritzdüsen 18 für den Kraftstoff in dein ringförmigen Raum i.9 vor den zusätzlichen Druckstufen 15, 1(6 angeordnet und die Brennkammern 7 in ihrer Querschnittsgestältung und sonstigen Formgebung so ausgebildet, daß das in sie eintretende Kraftstoff-Luft-Gemisch zunächst eine Verringerung seiner Geschwindigkeit erfährt, darauf durch Glühkerzen 2o entzündet und, nachdem es ausgebrannt ist, als Verbrennungsgas wieder beschleunigt wird, um darauf mit einer starken tangentialen Komponente in den Mischraum 9 geschleudert zu werden. Dabei mischt sich das Verbrennungsgas gründlich mit dem um die Brennkammern herumgeführten 1_uftatiteil und erteilt dem Gas-Luft-Gemisch ebenfalls einen starken Drall, so daß. das Gemisch bereits die richtige Strömungsrichtung zur Beaufschlagutig der Turbine io erhält und ein besonderer Leitschaufelkranz vor der Turbine nicht mehr erforderlich ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb.4 sind die Einzelltrennkamtnern 7 birnenförmig gestaltet. Ain 1?intrittsende jeder Einzelkammer ist ein Leitapparat r1 angeordnet, durch den der einströmenden Luft ein starker Drall um die Brennkanimerlä ngsachse erteilt wird. Hinter dem Leitapparat erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffs mittels eines Drallzerstäubers 22, worauf das Kraftstott-l,uft-Gemisch durch eine Glühkerze 20 entzündet wird. Nach der Verbrennung des Gemisches im dicksten Teil der Brennkammer erfolgt der Austritt der Verbrenmingsgase aus der Kammer durch schräggestellte, düsenförmige Öffnungen 23, in denen der schon vorhandene Drall .noch weiter verstärkt wird, so daß die Verbrennungsgase sich nach ihrem Austritt aus den Kammern 7 in dem lZingrauni <9 intensiv mit dem um die Kammern Herumgeführten Luftanteil mischen, bevor sie der Turbine io zuströmen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: t. Heißluftstrahltriebwerk, bei dem die verdichtete Arbeitsluft zum Teil einer Brennkammer als Verbretinungäluft zugeleitet, zum Teil um die Brennkammer herumgeführt und mit den aus dieser austretenden Verbrennungsgasen vermischt durch Rückstoßdüsen ins Freie abgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Verdichter für die gesamte Betriebsluft noch eine oder zwei Verdichterstufen lediglich für den durch die Brennkammer strömenden Luftanteil angeordnet sind.
2. Heißluftstrahltriebwerk nach Anspruch i mit einem Axialgebläse als Vorverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der letzten Verdichterstufe (i7) für die Gesamtluft auf dem gleichen Schaufelträger (i4) noch ein oder zwei Schaufelkränze (i5, 16) mit wesentlich geringerer Schaufelhöhe als die vorhergehenden Verdichterstufen angeordnet sind und die Einlaßöffnungen (i2) der Brennkammern (7) in dem Bereich dieser zusätzlichen Schaufelkränze (i5, 16) liegen.
3. Heißluftstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der zusätzlichen Schaufeln (i5, 16) zur Höhe der letzten Verdichterschaufeln (i7) für die Gesamtluft im etwa gleichen Verhältnis steht wie die Brennkammerluftmenge zur Gesamtluftmenge.
Heißluftstrahltriebwerk nach den Ansprüchen @i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (i8) für den Kraftstoff in einem ringförmigen Raum (i9) vor den zusätzlichen Druckstufen (i5, n6) angeordnet sind.
5. Heißluftstrahltriebwerk nach den Ansprüchen i bis ,4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsenden (i3) der Brennkammern (7) seitlich abgebogen bzw. mit schräggestellten, düsenförmigen Öffnungen (23) versehen sind, so daß den aus den Brennkammern austretenden Verbrennungsgasen ein starker Drall um die Längsachse des Triebwerks bzw. um die Längsachse jeder Einzelbrennkammer erteilt wird.
6. Heißluftstrahltriebwerk nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Eintrittsende jeder Einzelbrennkammer (7) ein Leitapparat (21i) angeordnet ist, durch den der einströmenden Luft ein starker Drall um die Brennkammerlängsachse erteilt wird.