DE893133C - Verfahren und Duese zum kontinuierlichen Einspritzen verschieden grosser Brennstoffmengen, insbesondere fuer Strahltriebwerke - Google Patents

Description

• Verfahren und Düse zum kontinuierlichen Einspritzen verschieden großer Brennstoffmengen, insbesondere für Strahltriebwerke Die trßndung bezieht sich auf ein Einspritzte verfahren und auf Düsen zum kontinuierlichen Einspritzen sehr verschieden großer Brennstoffmengen, insbesondere bei Strahltriebwerken. Bei einem Leistungsregelbereich von i : io und einem Flughöhenbereich von 16 km muß in Bodennähe etwa die hundertfache Kraftstoffmenge durch die Düse in den Brennraum gedrückt werden, als sie in der Höhe bei einem Zehntel Teillast erforderlich ist. Dementsprechend steht der Förderdruck der Brennstoffpumpe im Verhältnis ioooo : i. Kann also in Höhe und bei Teillast mit i at eine noch brauchbare Zerstäubung zur Erzielung einer nicht abreißenden Vlaintne erreicht werden, so müßte die Pumpe in Bodennähe bei Vollast einen Förderdruck von ioooo at aufbringen.
• Wird eine in ihrer Bauart bereits vorgeschlagene Doppeldüse verwendet, die für zwei verschiedene Brennstoffmengen gebaut ist und für die große Menge beispielsweise den doppelten Querschnitt aufweist, so entsteht bei den gegebenen Verhältnissen maximal nur noch ein Viertel des Förderdruckes, jedoch ist technisch auch eine solche Pumpe noch nicht ausführbar.
• Wesentlich anders gestaltet sich das Druck- und Regelverhältnis, wenn gemäß der Erfindung der Förderdruck an der kleinen Düsenöffnung dazu benutzt wird, um die aus der bzw. den größeren Düsenöffnungen von einem bestimmten Regelwert ab austretenden Brennstoffmengen auch bei einem für den betreffenden Düsenquerschnitt noch unzureichenden Förderdruck einwandfrei zu zerstäuben.
• Es ist dann möglich, für die Zweit- und Mehrfachmengen große Austrittsquerschnitte zu wählen, so daß der Förderdruck in den Grenzen der Leistungsfähigkeit bisher üblicher Pumpen bleibt.
• Eine Düse, die diese Forderung erfüllt, besteht gemäß weiterer Erfindung aus der Anordnung von zwei oder mehreren Kraftstoffzuleitungen, die an den Mengenbemessungsöffnungen enden, und aus einem gemeinsamen Ausspritzraum für diese Bemessungsöffnungen, die so angeordnet sind, daß die aus der kleinen Öffnung austretende Menge infolge ihrer größeren, auch bei geringem Druck noch ausreichenden Energie die aus den größeren Öffnungen austretenden und zunächst energielosen Flüssigkeitsmengen mitnimmt.
• Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens ergibt sich durch die Anwendung eines geneinsamen Drallraumes, in den die Bohrungen der verschiedenen Zuleitungen in bekannter Weise tangentia.l münden, so daß der von den kleinen Bohrungen erzeugte Flüssigkeitsdrall eine aus den großen Bohrungen etwa im mittleren Regelbereich energielos austretende Flüssigkeit mitnimmt.
• Diese Drallbohrungen können in verschiedenen Kränzen übereinander oder in gleicher Ebene in einem Kranz angeordnet sein.
• Eine andere Ausführungsform ergibt sich, wenn die kleinere Öffnung ejektorartig zur größeren Öffnung angeordnet ist oder entsprechend in einen Raum mündet, in den die größere Flüssigkeitsmenge zweckmäßig wiederum tangential einströmt.
• Weitere -Einzelheiten der Erfindung sind an Hand der Zeichnung näher erläutert, die das Regelprinzip und verschiedene Düsenausführungen im Schnitt zeigt.
• Fig. i stellt schematisch die Anordnung der Brennstoffzuführung zu einem Triebwerk dar; Fig. 2 zeigt die Regelkurven nach dem bisherigen und den neuen Regelverfahren; .
• Fig. 3 stellt eine Zweimengendüse mit gemeinsamem Drallraum für die einströmenden Flüssigkeiten dar; Fig. q. zeigt eine andere Form des Drallraumes bei gleicher Düse; Fig. 5 ist ebenfalls eine Drallraumdüse mit Anordnung der Drallbohrungen in einer Ebene; Fig. 6 ist ein Querschnitt der Fig. 5, gesehen in Richtung des Pfeiles A; Fig.7 zeigt die ejektorartige Anordnung der beiden Düsenöffnungen; Fig.8 stellt eine Düse mit ejektorartiger Anordnung der kleinen Öffnung zum Drallraum dar. Eine grundsätzliche Anordnung der Brennstoffzuführung zu einem Strahltriebwerk zeigt Fig. i. Vom Brennstofftank T führt die (Brennstoffleitung über - die Förderpumpe P und einen Mengenregler l7 zu den Düsen D, die als Doppeldüsen ausgebildet sind. Während eine Teilmenge unmittelbar zu den Düsen I gelangt, läßt sich eine weitere Menge, die gleich groß oder größer als die erste ist, durch ein Regelventil R zuschalten; diese wird von den Düsen II zerstäubt. Die Mengeneinstellung erfolgt von Hand durch den Handgriff H, der über eine Feder F dem Fliehkraftregler M eine Voreinstellung gibt. Die zuviel geförderte Menge wird über eine Rückleitung. Z zum Tank T zurückgefördert.
• In der Beherrschung der Brennstoffmengen für verschiedenen Bedarf tritt eine Reihe von Schwierigkeiten auf, die weder durch die Doppeldüsen noch durch zwei getrennte Fördersysteme behoben werden konnten. Wie Fig. 2 zeigt, besteht das eingangs angeführte Problem darin, die bei 16 oder 18 km Höhe mit i at über Brennkammerdruck beginnende und in Bodennähe auf io ooo at ansteigende Druckkurve a so zu verändern, daß der Enddruck von der Pumpe beherrscht werden kann. Wird unter Verwendung von Doppeldüsen zum ersten Düsenkranz I ein zweiter gleich großer Düsenkranz II zugeschaltet, so sinkt im Augenblick des Umschaltens, wenn das Schaltorgan R beispielsweise ein Handventil ist, der Druck auf ein Viertel ab, um dann wieder bis zu einem brauchbaren Höchstdruck anzusteigen. Diese Kurve C mit der Regulierzacke e ist aber praktisch nur verwendbar, wenn man die Grenzbedingungen bezüglich der Flughöhe, Teillast und kleinsten Einspritzdruck entsprechend herabsetzt.
• Eine Regelung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung bringt auch bei den gestellten Bedingungen den gewünschten Erfolg, indem zunächst mit den Düsen I bei engem Querschnitt eine kleine Teilmenge eingespritzt wird, bis der Druck eine bestimmte Größe, beispielsweise 5 at, erreicht hat. Infolge der Drosselung steigt die Kurve d zunächst steiler an, bis sich das Regelorgan R allmählich öffnet. Geeignet ist hierfür ein federbelastetes Ventil, das nun die Zuleitung für die Düsen II mit großem Querschnitt freigibt. Das Ventil und das Querschnittsverhältnis können so bemessen werden, daß die im zweiten Teil allmählich ansteigende Kurve d einen zulässigen Höchstwert erreicht, der bei etwa 3o at liegt. Düsen, mit denen das Regelverfahren einwandfrei durchzuführen ist, zeigen die folgenden Figuren.
• Gemäß Fig. 3 ist in einen Düsenhalter i für ein Strahltriebwerk die Düsenkappe 2 mit der Sprühöffnung 3 eingeschraubt. Durch den Ärm des Düsenhalters führen Kraftstoffzuleitungen q. und 5, die in konzentrisch liegende Räume 6 und 7 des Halterkopfes münden. Diese Flüssigkeitsräume sind durch ein Rohrstück 8 getrennt und stehen über einen gemeinsamen Strahleinsatz 9 mit Bohrungen io und i r mit dem vor der Düsenöffnung 3 liegenden Drallraum 12 in Verbindung.
• Der Drallraum kann in Anpassung an die Durchmesser der Flüssigkeitsräume abgestufte innere Wandungen oder eine konische, aber auch, wie Fig. ¢ zeigt, eine einheitliche zylindrische Wandung erhalten. Die Ausbildung der Drallraumwandung wird wesentlich von dem Druck- und Mengenverhältnis'der Flüssigkeitsräume 4, 6 und 5, 7 abhängen.
• Durch die Leitung .4 wird beispielsweise eine kleinere Brennstoffmenge zugeführt, die bei ein Zehntel Teillast ünd in 16 km Höhe noch mit etwa 1 at durch die Tangentialbohrungen 1o zum gemeinsamen Drallraum 12 gelangt.
• Dieser ,Druck reicht aus, um eine gute Zerstäubung zu erzielen. Bei Übergang auf größere Brennstoffmengen steigt auch der Förderdruck, und ein hinter der Zuleitung 5 im Raum 7 angeordnetes Ventil 13 öffnet sich von einer durch seine Feder festgelegten Druckstufe ab. Sind wie in Fig. 1 mehrere Düsen vorhanden, so liegt dieses Ventil als Regelorgan R in der gemeinsamen Zuleitung 5 für alle Düsen mit großem Querschnitt. Der Übergang und damit die Ventilöffnung oder -schließung können allmählich erfolgen, da auch geringere, zusätzlich und energielos durch die Tangentialbohrungen II hindurchtretende Flüssigkeitsmengen von der bereits im Drallraum 12 kreisenden Flüssigkeit mitgenommen werden. Dadurch wird das Tropfen der Düse im ganzen Regelbereich verhindert.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 wird die getrennte Zuführung der verschieden großen Brennstoffmengen durch einen vierkantig ausgebildeten Strahleinsatz 14. erreicht, der zusammen mit einem Einsatzstück 15 von der Düsenkappe 21 gehalten wird. Der Strahleinsatz mit den Tangentialbohrungen teilt je zwei Zuführungsräume 16 und 17 ab, denen der Brennstoff durch Kanäle,18 in der Kappenwandung und Kanäle 1g am Umfang des Einsatzstückes 15 zuströmt. Diese Kanäle stehen mit kreuzweise im Einsatzstück angeordneten Bohrungen 2o und 22 in Verbindung, die ihrerseits durch senkrechte Bohrungen 2q. und 25 mit den Zuleitungen q. und 5 verbunden sind. In einer Erweiterung der Bohrung 25 kann wiederum ein Ventil 23 eingesetzt sein, das die größere Brennstoffmenge bis zum Erreichen eines bestimmten Druckes zurückhält, wenn auch hier nur diese durch eine Zweimengendü-se gespeist wird.
• Bei Verwendung einer anderen Düsenform, etwa nach Fig. 7, bei der der Sprühnebel durch eine feine Öffnung in der Düsenkappe erzeugt wird, sind ein Düsenkörper 26 für die kleinere Menge und ein Düsenkörper 27 für die größere Menge so ineinandergesteckt und mit ihren Öffnungsrändern 28 bzw. 29 so angeordnet, daß der aus der kleineren Öffnung austretende Sprühstrahl eine Ejektorwirkung auf die aus der Öffnung 30 im kritischen Regelbereich nur tröpfelnd ausfließende Flüssigkeit ausübt. Durch den scharfen Rand 29 wird auf alle Fälle ein Zerreißen des zufließenden Brennstoffes erreicht.
• Bei der -Düse nach Fig. 8 ragt die kleinere Düse 26 ebenfalls in die gemeinsame Aussprühöffnung 3 hinein, die hier an einen Drallraum 31 für die größere Brennstoffmenge anschließt. Da die Zerstäuberwirkung aus diesem Drallraum erst bei stärkerem Druck beginnt, werden die zunächst ohne Zentrifugalkraft zuströmenden Mengen durch die Ejektorwirkung der kleinen Düse mitgerissen und zerstäubt.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum kontinuierlichen Einspritzen verschieden großer Brennstoffmengen, insbesondere für Strahltriebwerke, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehreren Düsen mit kleinem Auslaßquerschnitt entsprechend eine oder mehrere Düsen mit großem Auslaß unter Verwendung eines Regelorgans zugeschaltet werden und der Förderdruck an der kleinen Düsenöffnung dazu benutzt wird, um die aus den größeren Düsenöffnungen von einem bestimmten Regelwert ab austretenden Brennstoffmengen auch 19ei einem für den betreffenden Düsenquerschnitt noch unzureichenden Förderdruck einwandfrei zu zerstäuben.
2. 2. Anordnung zum Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelorgan vor die Großmengendüse ein federbelastetes Ventil geschaltet ist, das bereits im unteren Regelbereich allmählich öffnet.
3. 3. Düse zum Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse die verschieden großen Brennstoffmengen. getrennt zugeführt werden und die Bohrungen für die Bemessung der Mengen in den gleichen Ausspritzraum münden: q..
4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Düsenöffnung ejektorartig zum Ausspritzraum angeordnet ist.
5. 5. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Bemessungsbohrungen tangential in einen gemeinsamen Drallraum münden.
6. 6. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Bohrungen übereinander angeordnet sind.
7. 7. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Bohrungen in gleicher Ebene angeordnet sind.