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Verbrennungseinrichtung, z. B. für Strahltriebwerke Die Erfindung
bezieht sich auf eine Verbrennungseinrichtung, welche insbesondere für die Verbren-»ung
von flüssigem Brennstoff bestimmt ist und in welcher die Verbrennung über einen
weiten Bereich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses aufrechterhalten und gleichzeitig
der durch Turbulenz sich ergebende Druckverlust in der Verbrennungskammer auf einen
Kleinstwert gehalten «-erden soll, auch wenn der verfügbare Raum beschränkt ist.
Ein solcher Fall tritt bei Düsentriebwerken mit oder ohne Gebläse ein. Bei einem
besonderen Beispiel, welches für die Anwendung der Erfindung vorgeschlagen wird,
ist bei einer Luftfahrzeugvortriebsanlage eine Gasturbinenprimärmasehine vorgesehen,
welche durch ihren Vortriebsgasstrom eine Zusatzturbine treibt, die ihrerseits einen
Axialströmungskompressor treibt, wobei die durch diesen Kompressor erzeugte Luft
eine Schubzusatzströmung in einem ringförmigen Kanal bildet, welchen die AuslaB,strömung
der Primärmaschine umgibt. In der Zusatzströmung stromauswärts des Kompressors wird
Brennstoff verbrannt, um dieser Strömung weitere Leistung zuzuführen. Bei einer
solchen Anordnung ist es aus praktischen Nützlichkeitsgründen erforderlich, daB
diese zweite Verbrennung mit dem geringstmöglichen Druckverlust stattfindet, wobei
natürlich auch der Raum und das Gewicht berücksichtigt werden müssen.
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Während ferner einerseits die Verbrennung eines Brennstoffstrahles
am besten in einer zylindrischen Verbrennungskammer bewirkt wird, ergibt andererseits
eine Kammer, welche ganz zylindrisch ist, nicht die wirksamste Benutzung des Raumes
innerhalb einer ringförmigen Leitung.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden und eine wirksame N'erbrennungseinrichtung
für eine ringförmige
Luftleitung vorzusehen, weist die Einrichtung
geinäß der Erfindung eine Mehrzahl Verbrennungsrohre auf, die als kreisförmige Reihe
um eine Achse, mit welcher ihre Hauptrichtungen im wesentlichen parallel sind, und
innerhalb einer gemeinsamen und ringförmigen Leitung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
däß jedes dieser Flammrohre ein teilweise geschlossenes Einströmende und eine für
den E.inlaß von Luft durchbrochene Wand aufweist und daß jedes Rohr einen. zylindrischen
Körper und einen Ausetrörnauslaß hat, der ringsegmentförmig ausgebildet ist.
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In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß jedes Flammrohr
gegen sein Ein- oder Aufströmende zu einen Verwirbler für Primärluft aufweist, wobei
eine Mehrzahl von Lücken oder Durchlässen zwischen, dem Außenumfang -des Verwirblers
und der Innenwandung des Flammrohres für den Eintritt der Luft ohne Wirbelung in
das Flammrohr vorgesehen sind.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zusätzlich zur Primärluft,
die an dem Ein.- oder Aufströmende des FlammToh res zugelassen wird, noch Zusatzprimärluft
gegen den Mittelabschnitt des Flammrohres hin zugelassen wird, und zwar mittels
Einlaßvorrichtungen, welche strömungsabwärts zum Einströmende vorgesehen sind.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist -in der Zeichnung
dargestellt.
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Fig. i ist eine allgemeine Darstellung eines Strahltriebwerkes, bei
welchem beabsichtigt ist, die Erfindung anzuwenden; Fig. 2 ist eine vergrößerte
Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 ist eine Ansicht dieser Ausführungsform
von der linken Stirnseite aus gesehen; Fig. 4 ist ein Schnitt nach Linie 4-4 der
Fig. 2; Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Einzelheit, und Fig. 6 ist
ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 1.
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Fig. i zeigt die allgemeine Anordnung eines Strahltriebwerkes für
Luftfahrzeuge, für welches die Erfindung anzuwenden bestimmt ist. Dieses Triebwerk
weist einen Kompressorrotor i auf, der durch eine Gasturbine 2 angetrieben wird,
welche koaxial auf der gleichen. Achse angeordnet ist. Die durch den Kompressor
angesaugte und komprimierte Luft wird zusammen mit Brennstoff in die Verbrennungskammern
3 gebracht, in denen die Verbrennung stattfindet. Die heißen Gase werden durch die
Turbine 2 geleitet und treiben diese an. Sie gehen dann durch eine ringförmige Leitung
4 hindurch und werden zum Schluß durch einen Auslaß 32 ausgestoßen und bilden auf
diese Weise einen Hauptvortriebsd'üsenstrom.
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Das Triebwerk weist ferner eine Zusatzeinrichtung 5 mit einem weiteren
Gasturbinenelement 6 auf, welches seinerseits einen weiteren Kompressor oder ein
in einer Leitung befindliches Gebläse 7 antreibt, das frische Luft durch eine ringförmige
Leitung 8 treibt. Diese Luft strömt längs der Leitung 8 und tritt schließlich am
Ausdaß 33 aus der Vorrichtung aus, indem sie zusammen mit dem Hauptdiisenstrom des
Auslasses 32 ausgestoßen wird und so den erzeugten Schub erhöht.
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Nach der Zusatzeinrichtung 5 wird im Luftstrom Brennstoff in einer
Anzahl von Flammrohren 9 verbrannt, die in der ringförmigen Leitung 8 angeordnet
sind; um den Schub durch Erhöhung der Auslaßgeschwindigkeit zu vergröBern. Der Brennstoff
wird im das Flammrohr 9 mittels eines Brenners io eingespritzt.
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Das Flammrohr besteht hauptsächlich aus einem leichten zylindrischen
Metallblechkörper i i mit Offnungen 12, 13, die axial und in Umfangsrichtung für
den Eintlaß der Luft verteilt sind. Das Einströmende des Flammrohres ist im Durchmesser
leicht reduziert und mit einem konischen Verschluß 14 versehen, welcher Lufttaschen
17 (Fig. 3 und 5) besitzt, um Primärluft im Bereich des Zerstäubungsbrenners io
aufzunehmen und herumzuwirbeln, welcher axial in die Öffnung des konischen Teiles
16 des Verschlusses 14 eingespannt ist. Auf Grund der Wirkungsweise des Verschlusses
14 kann darauf als Primärwinbelungsorgan Bezug genommen werden.
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Das Wirbelungsorgan bzw. der Verwirbler 14 ist klarer in Fig. 3 und:
5 gezeigt. Es bzw. er ist in der Form hexagonal und weist sechs Taschen 17 auf,
welche um den Umfang angeordnet sind und von welchen jede mit einer dreieckigen
Öffnung 15 versehen ist,, wobei die Wände der Taschen 17 so angeordnet sind, daß
Luft, welche senkrecht zu der Papierebene in Fig. 3 in die Öffnung 15 eintritt,
um ungefähr go°-in die Papierebene abgelenkt wird und hierauf in Richtung des Pfeiles
P durch die Tasche 17 strömt, um schließlich aus der erwähnten Tasche durch eine
enge rechteckige Öffnung i8 auszutreten, worauf die Luft an der N\'and i9 der unmittelbar
benachbarten Tasche vorbeistreicht und, durch diese Wand in der Richtung des Pfeiles
Q abgelenkt wird. Durch das Anordnen einer Anzahl solcher Taschen 17 in dem Wirbelorgan
14 wird die Luft veranlaßt, eine rasche Wirbelungsbewegung auszuführen, wie durch
die Pfeile in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, in welchen die in vollen Linien ausgezogenen
Pfeile die Luft vor dem Eintritt in die Taschen 17 und die in gestrichelten Linien
ausgezogenen Pfeile den Luftweg nach dem Verlassen der Taschen anzeigen.
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Wir vorstehend erwähnt, sind die Taschen 17 für die Zulassung von
Primärluft vorgesehen, und es ist vorteilhaft, diese Taschen so breit wie möglich
zu machen, während Luft auch ohne Wirbelung zu dem Flammrohr 9 um die Außenseite
des Primärwirbelungsorgams 14 durch die Lücken 21 Zutritt hat, die durch die Verbindung
des hexagonalen Wirbelungsorgans mit dem kreisförmigen Flammrohrkörper i i gebildet
sind. Dies unterstützt stark die Herabsetzung des Verbrennungsdrückverlustes, während
die starke Zerstäubung, welche auf den Teil der Primärluft in der Nälhe der Achse
des Flammrohres 9 ausgeübt wind, wie durch die Widerhakenpfeile X in Fig. 2 gezeigt
ist, genügend Umkehr erzeugt, um die Flamme zurück gegen die Brenner io bei sehr
geringen Brennstoffströmen zu leiten. Diese Umkehr wird auch .durchLuft gespeis.t;
welche durch
den mitleren Bereich des Flammrohres durch zwei Rohre
22 eintritt, welche sich im wesentlichen unter rechten Winkeln in einem von z. B.
etwa 30 cm, stromauswärtsdesBrenners io kreuz,Vn. Diese Rohre 22 sind mit
seitlichen öffnungen 29 auf ihrer Stromeintrittsseite und an jedem Ende mit geneigten
Öffnungen 30 versehen, welche stromeinwärts gerichtet sind. Zusätzliche Primärluft
tritt so in die Rohre 22 ein und strömt gegen die Brenner io, wie durch die Pfeile
Xi in Fig. 2 gezeigt ist, und diese zusätzliche Primärluft dient mit zur Erhaltung
stabiler Verbrennung bei sehr reichen Mischungen.
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Die zwei Kreuzrohre 22 ,geben auch dem Fla.mmrohrkörper i i Steifigkeit.
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Sekundärluft wird in das Flammrohr 9 durch eine Reihe von Längsschlitzen
12 und.eine Reihe von Längsschlitzen 13 eingelassen. Den Schlitzen 12 sind Düsen
23 zugeordnet, und, sie werden bei der Einführung von Luft zum mittleren oder axialen
Bereich der Sekund'ärverbrennungs.zone als wirksam gefunden, wie durch, die Pfeile
Y gezeigt ist" und die dadurch erzielte verbesserte Mischung ergibt eine vollständigere
Verbrennung bei reichen. Mischungen.
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Das Auswärtsströmende des Flammr6hres 9 ändert seinen Querschnitt
von kreisförmig am Teil i i zu segmentförmig am Teil 26, wobei ein ringförmiger
Durchlaß 24 zwischen dem Ende 26 des Flammrohres und den Leitungswänden 27 frei
gelassen ist. Von diesem Durchlaß geht ein Strom von verhältnismäßig kühler Luft
von, gleichmäßiger Dickenabmessung in der Richtung des Pfeiles. 2 aus, welcher Strom
zwischen die beiden Verbrennungsprodukte und die -Leitungswände 27 eingefügt ist,
wodurch die letzteren kühl gehalten werden. Diese Luft bildet Tertiärluft und vermischt
sich allmählich mit den Verbrennungsprodukten im Bereich zwischen den Enden 26 der
Flammrohre 9 und der Endauslaß-düse 33, wobei sie gleichzeitig die Leitungswand
27 stromeinwärts der erwähnten Düse ziemlich kühl hält. Jedes Flammrohr 9 kann eine
elektrische Zündkerze 35 besitzen, die sich in dasselbe durch eine Aussparung bei
34 erstreckt. Es kann auch nur ein Flammrohr der Reihe oder es können einige ausgewählte
Flammrohre mit solchen Mitteln versehen sein, in welchem Fall alle Flammrohre durch
seitliche Rohre über einen Stutzen 31 verbunden sind, damit ein Flammrohr vom benachbarten
her gezündet werden kann.
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Der Brenner io spritzt Brennstoff in das Flammrohr 9 durch eine Düse
20 ein, welche einen einfachen Strahl oder eine Mehrzahl von Brennstoffstrahlen
erzeugt.
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Die Abmessungen des Flammrohres 9 sind verschieden von den bisher
bekannten Rohren, indem bei Aufrechterhaltung derselben Länge die Breite des Flammrohres
beträchtlich vergrößert ist, um eine größere Gasmenge hindurchzulassen und eine
höhere bzw. stärkere Brennstoffströmung zu gestatten.
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Das Flammrohr 9 ist an der Leitung 27 mittels Trägern 28 befestigt,
und die Abmessungen. und Anordnungen der zahlreichen Öffnungen sind so, daß Primär-,
Sekundär- und Tertiärluft in den gewünschten. Mengen und Verhältnissen zugelassen
werden.
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.Die Strömung von kalter Luft und; heißen Gasen durch das Flammrohr
9 ist durch Pfeile angedeutet, und zwar zeigen die Widerhakenpfeile heiße Gase und
die nicht mit Widerhaken versehenen Pfeile kühle Luft an.
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Es ist zweckmäßig, eine Reihe von z. B. zehn Flammrohren anzuordnen,
welche sich vollständig um den Umfang der Leitung 8 erstrecken, wie in Fig. 6 gezeigt
ist. Jedes Flammrohr 9 kann für sich mit einem segmentförmigen Gehäuse versehen
sein und zehn solche segmentförmige Gehäuse können dann so angeordnet sein, daß
sie den ganzen Umfang der Leitung 8 einnehmen.