DE887286C

DE887286C - Nachbrennvorrichtung fuer Strahltriebwerke

Info

Publication number: DE887286C
Application number: DEA13382A
Authority: DE
Inventors: Sidney Allen
Original assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Current assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Priority date: 1950-07-17
Filing date: 1951-05-19
Publication date: 1953-08-20
Also published as: GB691068A; BE503026A; CH313855A; FR1036194A; US2704435A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennvorrichtung für Strahltriebwerke, bei denen ein Brennstrahlstabilisator eingebaut ist, um eine Flamme für die Verbrennung des Treibstoffes sicherzustellen, insbesondere um bei Turbinenstrahltriebwerken für den Antrieb von Luftfahrzeugen die sauerstoffhaltigen Austrittgase aufzuheizen oder in ihnen Kraftstoff nachzuverbrennen. Die Erfindung kann indessen auch für die Treibstoffverbrennung

ίο in Staustrahltriebwerken angewandt werden.

Die Wichtigkeit eines Brennstrahlstabilisators für Aufheizkraftstoff ergibt sich aus der Tatsache, daß die Austrittgase eines Turbinenstrahltriebwerkes in der Austrittdüse eine Geschwindigkeit der Größenordnung von asom/sec haben können. Dieselbe Schwierigkeit entsteht' im allgemeinen hinsichtlich der Verbrennung des Treibstoffes in einem Staustrahltriebwerk.

Gegenstand der Erfindung ist hauptsächlich die zufriedenstellende Regelung der Verbrennung des Nachbrenntreibstoffes. Ferner soll verhütet werden, daß die in der Schubdüse als Folge der Nachverbrennung entstehenden hohen Temperaturen den angrenzenden Teil der Düse oder der Flugzeugzelle beschädigen.

Nach der Erfindung umfaßt eine Brennvorrichtung für ein Strahltriebwerk einen Brennstrahlstabilisator, der sich in einem Gehäuse innerhalb des Austrittrohres und in einem gehörigen Abstand von dessen Wandung befindet (in der Endansieht innerhalb des Gehäusequerschnitts), sowie Hilfsmittel, um geeigneten Stellen des Gehäuses

Kraftstoff zuzuführen, so daß die richtige Verbrennung dieses Treibstoffes gewährleistet ist.

Die Erfindung wird in beispielsweiser Form durch die schematischen Zeichnungen erläutert. S Fig. ι ist eine schematische Strichzeichnung des Schwanzendes einer Gasturbine und des oberen, d. h. der Strömung zugewandten Endes von deren Austritt- oder Schubdüse als Ausführungsbeispiel einer erfmdungsgemäßen Form einer Brennvorrichtung.

Fig. <2 ist eine schematische Strichzeichnung des oberen Endes einer Strahltriebwerkdüse mit einer anderen Form der Brennvorrichtung.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer bevorzugten Form einer Brennvorrichtung im Austrittrohr einer Gasturbine.

Fig. 4 ist ein von rechts her gesehener Querschnitt der Fig. 3.

Tn allen Zeichnungen betrifft die Bezugnummer in die Brennstrahlstabilisierungsvorrichtung, und ü2 bezieht sich auf ein Rohr, durch das Brennstoff für eine Zündflamme zugeführt werden kann. Der Brennstrahlstabilisator liegt in einem Gehäuse von Kegelstumpfgestalt, dessen kleiner Durchmesser der Strömung zugekehrt ist.

Ebenso bezeichnet in allen Zeichnungen die Bezugnummer 14 das Gehäuse, das nach der Erfindung mit dem Brennstrahlstabilisator verbunden ist. Rund um das obere Ende des Gehäuses .14 läuft eine ringförmige Leitungί5, aus der Treibstoff in das Innere des 'Gehäuses 14 eingespritzt wird. Der Kraftstoff wird dem Ringrohr 15 durch ein Rohr 16 zugeführt. Das Ringrohr 1-5 braucht natürlich nicht genau an dem oberen (der Strömung zugewandten) Ende des Gehäuses .14 zu sitzen, und es kann auch irgendwo in den ringförmigen Raum zwischen dem Gehäuse 14 und dem Stabilisator M untergebracht sein. Die Bezugnummer 18 verweist auf die Wandung der Austritt- oder Schubdüse. Fig. ι deutet bei 20 das Läuferende einer Gasturbine an, das eine Reihe Schaufeln 21 trägt; daran schließt sich der übliche innere Austrittskegel 22, der mit dem äußeren Austrittskegel 23 den üblichen Austrittstrahl-Verteilerkanal bildet, der zu dem oberen Ende der Schubdüse 18 führt.

In der Fig. 1 ist das 'Gehäuse 14 so angeordnet, daß es ganz oberhalb des Stabilisators 111 liegt. In der abgeänderten Konstruktion der Fig. 2 ist es ganz unterhalb des Stabilisators angeordnet; in diesem Fall tritt also der Brennstrahl aus dem Stabilisator ·γι in das Gehäuse Ί4 ein. In der bevorzugten Anordnung der Fig. 3 und 4 umschließt das Gehäuse 14 den Stabilisator, indem ihre beiden oberen Enden im wesentlichen in einer Ebene liegen.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Stabilisiervorrichtung hat eine zentral angeordnete Prallwand 25 an ihrem oberen Ende; diese ist mit dem kleineren Ende des Stabilisatorgehäuses durch feste, wirbelerzeugende Leitschaufeln 26 verbunden. Die Kraftstoffzufuhr für die Zündung geschieht aus dem Rohr 12 durch Einspritzöffnungen 27 auf entgegengesetzten Seiten des Rohres in den Wirbel der Austrittgase im Stabilisator gegensinnig zu seiner Drehrichtung. Die Stabilisiervorrichtung wird nach der Zeichnung durch gleichmäßig im Winkel verteilte Streben 28 mit Stromlinienprofil abgestützt, während das ■ Gehäuse ί 4 gegen die Austrittsdüsenwandung durch ebenfalls im Winkel verteilte Stromlinienstreben 29 abgestützt ist.

In. einer erfindungsgemäß einfachen Ausführung würde nur ein einzelnes Gehäuse 114 (samt zugehörigem Stabilisator) gebraucht werden, wobei das Gehäuse'14 von zylindrischer Gestalt und hinsichtlich seiner Querschnittsgröße durch den Aufheizungsbetrag von Austrittgasen bestimmt ist, den man damit zu gewinnen wünscht. Das bedeutet, daß man die Größe des Gehäuses 14 so wählt, daß die Menge der hindurchströmenden sauerstoffhaltigen Gase ausreicht, um eine vollständige Verbrennung des Nachbrenntreibstoffes zu bewirken, während der Rest der Austrittgase außen am Gehäuse 14 vorbeistreicht. Diese äußeren Gase werden natürlich ihre Temperatur nicht in einem irgendwie gefährlichen Maße erhöht erhalten, und infolgedessen wird die Schubdüse in der Gegend des Gehäuses '14, wo das Aufheizen vor sich geht, geschont.

Da, wo das Aufheizen in der Hauptsache in dem Gehäuse 14 vor sich geht (besonders also nach Fig. 2 und 3), kann ein Teil des Nachbrenntreibstoffes an die Innenwand des Gehäuses 14 geleitet werden, um deren Kühlung zu fördern, und die niedrigere Temperatur der nicht aufgeheizten Austrittgase außerhalb des Gehäuses wird ebenfalls eine kühlende Wirkung auf das Gehäuse ausüben. Man sollte sich auch klar machen, daß in solchen Fällen, wo Flammengase aus dem Austrittende des Gehäuses 14 ausströmen (Fig. 2 und 3), diese Gase fächerförmig auseinandergehen und dabei einen Teil der Austrittgase, die außen am Gehäuse vorbeigeströmt sind, mitreißen und aufheizen werden. Es ist wünschenswert, daß man eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur über den ganzen Querschnitt der Austrittmündung 30 am Ende der Schubdüse erhält.

In Fällen, wo man eine größere Menge der Austrittgase aufzuheizen wünscht, kann man zwei oder mehr Gehäuse anwenden, wie in Fig. 3 und 4 bei 14°, Ι4^δ gezeigt ist, um eine wirksame Regelung der Verbrennung zu erreichen. So ordnet man in Abänderung der oben beschriebenen Einrichtung ein zweites Gehäuse 14" von größerem Durchmesser als das erste, 14, weiter unten in der Strömungsrichtung an, zweckmäßig so, daß sein oberes Ende das Austrittende des ersten Gehäuses 14 übergreift; es wird durch das Ringrohr 1115", zweckmäßig an seinem oberen Ende mit einer eigenen Zuführung von Aufheizbreniistoff versehen. Wenn ein Höchstwert der Aufheizung verlangt wird, d. h. wo der Sauerstoffüberschuß in den Austrittgasen so vollkommen wie möglich ausgenutzt werden soll, kann die Verwendung einer Reihe solcher Gehäuse und Brennstoffzuführungen erforderlich werden, so wie das durch das dritte Gehäuse 14^s und sein Ringrohr 15^s angedeutet ist,

indem das obere Ende eines jeden Gehäuses das untere Ende des vorhergehenden übergreift, wie die Zeichnung erkennen läßt. Brennstoffzuführrohre für das zweite und dritte Ringrohr sind bei 16 S und i6^a angedeutet, die die Gehäuse'14" und 14⁶ gegen das Austrittrohr ί8 abstützenden Streben bei 29" und 29*. Indessen ist es, wie schon oben festgestellt wurde, nicht notwendig, die Ringrohre u 5" und 15* genau an den oberen Enden der Gehäuse 114" und 14* anzuordnen oder ihnen genau die Durchmesser dieser Gehäuse zu gelben.

Claims

Patentansprüche:
i. Nachbrennvorrichtung für Strahltriebwerke, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flammenstabilisiervorrichtung (11) relativ zu einem Gehäuse (14) innerhalb und mit ringförmigem Abstand von der Wand der Austrittdüse (18) angeordnet ist, so daß sie sich (vom Ende her gesehen) innerhalb des Gehäueequerschnitts befindet, wobei Hilfsmittel (α 5,/ιό) vorgesehen sind, um geeigneten Stellen des Gehäuses (.14) Brennstoff so zuzuführen, daß eine richtige Verbrennung gewährleistet ist.
2. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse. (114) im ganzen oberhalb, d. h. auf der der Strömung zugewandten Seite, der Flammenstabilisierungseinrichtung (π) angeordnet ist (Fig. 1).
3. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (114) im ganzen unterhalb, d. h. auf der in Richtung der Strömung liegenden Seite, der Flammenstabilisierungseinrichtung (κι) angeordnet ist (Fig. 2).
4. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (114) so angeordnet ist, daß es die Flammenstabilisierungseinrichtung (11) . umschließt (Fig. 3 und 4).
5. Nachbrennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) ein Hohlzylinder mit einer ringförmigen Brennstoffzuleitung (ί<5) nahe seinem oberen Ende ist, aus der der Brennstoff dem Innern des Gehäuses zugeführt wird.
6. Nachbrennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiteres Gehäuse (.14") von größerem Durchmesser als das erste (14) vorhanden ist, das innerhalb und in ringförmigem Abstand von der Austrittdüse (ί8) hauptsächlich unterhalb des ersten Gehäuses (14) angeordnet ist, wobei das zweite Gehäuse (114") Hilfsmittel (Ί5^α, 16") enthält, die an geeigneten Stellen zusätzlichen Brennstoff unter Sicherung der ordentlichen Verbrennung dieses Brennstoffes zuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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