DE953206C

DE953206C - Brennkammer

Info

Publication number: DE953206C
Application number: DEA20834A
Authority: DE
Inventors: Sidney Allen
Original assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Current assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Priority date: 1951-12-06
Filing date: 1954-07-28
Publication date: 1956-11-29
Also published as: CH328859A; GB759901A; US2705399A; FR1106090A; BE530924A

Description

AUSGEGEBEN AM 29. NOVEMBER 1956

A 208341 a 14Of

(Großbritannien)

Brennkammer

Die Erfindung bezieht sich auf Brennkammern für Gasturbinen oder für Raketenmotoren, in denen ein flüssiger Brennstoff verbrannt wird. Der innere Querschnitt derartiger Kammern ist im allgemeinen kreisförmig, besitzt über seine Länge aber nicht notwendigerweise einen konstanten Durchmesser. Bei einem Raketenmotor ruft die Brennkammer durch eine Düse am offenen Ende der Kammer einen Schub hervor. Bei einer Gasturbine liefert die Kammer Arbeitsmedium für die Turbine. Es ist bekannt, bei derartigen Brennkammern in Längsrichtung in der Kammer angeordnete Kühlmitteldurchgänge vorzusehen.

Das Ziel der Erfindung ist es, die Herstellung einer solchen Brennkammer mit in Längsrichtung angeordneten Kühlmitteldurchgängen, die, falls gewünscht, bei einem Raketenmotor auch zur Kühlung der Düse dienen können, zu vereinfachen und eine Brennkammer zu schaffen, die stabil in ihrem Aufbau und dabei trotzdem von leichtem Gewicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens der Hauptabschnitt der Kammer einen Stapel von aneinander anliegenden koaxialen Ringen aufweist, die an ihrem äußeren Umfang mit einem Außenmantel im Eingriff

stehen, in dem sie festgelegt werden, während sie im Innern der Kammer so geformt sind, daß sie die gewünschte Form des genannten Hauptabschnittes der Kammer bilden, und daß die in Längsrichtung angeordneten Kühlmitteldurchgänge durch in der Nähe ihres inneren Umfanges angeordnete miteinander fluchtende Öffnungen in wenigstens einigen der benachbarten Ringe gebildet werden.

Die einzelnen Ringe können aus einem nichtmetallischen wärmewiderstandsfähigen Material hergestellt werden oder aber alternativ aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Aluminium oder Kupfer. Derartigen Metallringen kann in einfacher Weise durch maschinelle Bearbeitung die gewünschte Form gegeben werden. Der Mantel kann aus Stahl bestehen, der eine hinreichende Festigkeit aufweisen muß, um den Zugkräften, die durch die Brenngase im Innern der Kammer entstehen, widerstehen zu können. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist wenigstens eine der aneinander anstoßenden radialen Flächen benachbarter Ringpaare, die mit fluchtenden Bohrungen versehen sind, mit einer Ringnut ausgerüstet, die eine ringförmige Leitung bildet, die eine Verbindung zwischen den in Längsrichtung angeordneten Durchgängen bildet. Weiter sind diese Ringe so ausgebildet, daß von dieser Ringleitung Kühlmittel auf den inneren Umfang von aneinander anstoßenden Flächen benachbarter Ringpaare austreten kann und so einen Film aus dem Kühlmittel an der Innenwand dieses Teils der Brennkammer bildet.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen an Hand dieser Zeichnung beschrieben.

Fig. ι ist eine Schnittansicht eines Teiles der Brennkammer sowie der Düse eines Raketenmotors, die in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet sind;

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstabe einen Teilschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 gibt in perspektivischer Ansicht in einem kleineren Maßstab als Fig. 1 einen der Ringe wieder, und zwar vom stromabwärtigen Ende gesehen, beispielsweise in Richtung der Pfeile A.

Wie angegeben, ist die Erfindung in der Zeichnung in Anwendung auf die Brennkammer und die Düse eines Raketenmotors wiedergegeben. Die Mittel am stromaufwärtigen Ende der Kammer zum Zuführen und Verbrennen des flüssigen Brennstoffes und des flüssigen Sauerstoff trägers sind nicht gezeigt, da sie keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden.

Der Mantel 11, der, wie angegeben, vorzugsweise aus Stahl besteht, ist zylindrisch ausgebildet. Mit 12 wird ein Teil einer Abstützung bezeichnet, die an dem Mantel angeschweißt ist. Am stromabwärtigen Ende ist ein sich nach außen erstreckender Flansch 14 an den Mantel angeschweißt, und bei 15 ist an diesen Flansch ein einwärts gerichteter Flansch 16 angeschraubt, gegen den sich der angrenzende Innenring 17 des Ringstapels anlegt, der damit festgelegt wird. Zusätzlich zu diesem speziell geformten Endring 17 besteht dieser Stapel aus daran angrenzenden, wiederum speziell geformten Ringen 18 und 19 und weiter aus einer Anzahl gleicher zylindrischer Ringe 2O_fl, 20_&, 20_c, 2O_rf und 20_e.

Es sei darauf hingewiesen, daß das stromaufwärtige Ende dieses Ringstapels von seinem Ende her in gleicher oder ähnlicher Weise festgelegt ist, wie es in Verbindung mit dem Ring 17 am stromabwärtigen Ende beschrieben worden ist. Die Scheibe 22 oder die entsprechende Scheibe (nicht dargestellt) am anderen Ende oder beide Scheiben können federnd ausgebildet sein, um eine axiale Expansion oder Kontraktion der Ringe zu ermöglichen. Der äußere Umfang der Ringe ist dichtend in den Mantel eingepaßt.

Wie gezeigt, ist der innere Umfang der Ringe so geformt, daß sie eine Brennkammer und eine Düse für einen Typ eines Raketenmotors bilden. Die Düse besitzt einen divergierenden Auslaß 23, der durch den Ring 17 gebildet wird, eine Einschnürung 24, die in der Hauptsache durch den Ring 18 gebildet wird und einen konvergierenden Teil 25, den der Ring 19 bildet. Die Ringe 17 und 18, d. h. diejenigen, die das meisteMetall enthalten, sind, wie dargestellt, zur Gewichtsersparnis mit Löchern und Nuten 26, 27, 28 versehen.

Der stromabwärtige Ring 17 ist in der Nähe seines Auslaßendes mit einer auf seinem äußeren Umfang angeordneten Ringnut 30 versehen, die mit dem angrenzenden Abschnitt des Mantels eine Ringleitung bildet, der durch eine Einlaßdüse 31 Kühlmittel zugeführt wird. Wie bereits angegeben, kann als Kühlmittel Wasser verwendet werden, es können hierfür aber auch flüssiger Brennstoff oder der flüssige Sauerstoffträger, die den Treibstoff bilden, benutzt werden.

Eine Anzahl von Durchgängen 33 verbinden die Ringleitung 30 und eine Anzahl von sich in Längsrichtungen erstreckenden Durchgängen 34 miteinander, wobei die stromaufwärtigen Enden der letzteren mit sich in Längsrichtung erstreckenden Durchgängen 35 im Ring 18 in Verbindung stehen, die wiederum mit den sich in Längsrichtung erstreckenden Durchgängen 36 in dem Ring 19 in Verbindung stehen. Von den stromaufwärtigen Enden der Durchgänge 19 tritt das Kühlmittel dann in die Längsrichtung liegenden Durchgänge 37 in den Ringen 20 ein, die in der Nähe des inneren. Umfanges der Ringe gerade, sich in Längsrichtung erstreckende Durchgänge bilden.

Wie im vorstehenden bereits erwähnt, kann dafür Sorge getragen werden, daß etwas von dem Kühlmittel an dem inneren Umfang aneinander anstoßender Flächen benachbarter Ringpaare austritt und einen Film aus diesem Kühlmittel an der Innenwand dieses Teils der Brennkammer oder der iao Düse bildet. In diesem Zusammenhang ist — wie gezeigt — die stromabwärtige Fläche der einzelnen Ringe 20 jeweils mit einer Ringnut versehen, die radial die gleiche Breite wie die sich in Längsrichtung erstreckenden Durchgänge 37 besitzt. Diese Nut ist in den einzelnen Figuren der Zeich-

nung mit 39 bezeichnet. Entsprechende Ringleitungen 40, 41 sind in den miteinander im Eingriff stehenden Enden der Durchgänge 34, 35, 36 ausgebildet. Das obenerwähnte Austreten des Brennstoffes kann von diesen Nuten oder Leitungen aus vor sich gehen.

Auf diese Weise kann Kühlmittel mit Hilfe der sich in Längsrichtung erstreckenden Durchgänge, die in Abständen durch Ringleitungen, etwa die Nuten 39, 40 und 41 für die oben beschriebenen Zwecke überbrückt werden, durch die Düse und den Hauptbrennabschnitt einer Brennkammer in Umlauf gesetzt werden.

Durch die Ausbildung der Kammer in der erfindungsgemäßen Weise können diejenigen Ringe, die den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind und daher eine kürzere Lebensdauer besitzen als die übrigen, ersetzt werden, so daß es nicht nötig ist, wie bei den bekannten Konstruktionen die ganze Kammer auszuwechseln.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Brennkammer für Gasturbinen oder Raketenmotoren, in der ein flüssiger Brennstoff verbrannt wird und die in Längsrichtung der Brennkammer angeordnete Kühlmitteldurchgänge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Hauptabschnitt der Kammer einen Stapel von aneinander anliegenden koaxialen Ringen (2O_a, 2O₆, 2o_c...) aufweist, die an ihrem äußeren Umfang mit einem Außenmantel (11) im Eingriff stehen, in dem sie festgelegt werden, während sie im Innern der Kammer so geformt sind, daß sie die gewünschte Form des genannten Hauptabschnittes der Kammer bilden, und daß die in Längsrichtung angeordneten Kühlmitteldurchgänge (37j durch in der Nähe ihres inneren Umfanges angeordnete miteinander fluchtende Öffnungen in wenigstens einigen der benachbarten Ringe gebildet werden.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der radialen, aneinander anstoßenden Flächen eines benachbarten Ringpaares (2O_ß, 2O_&) mit einer Ringnut (39) versehen ist, die eine Verbindung zwischen den in Längsrichtung angeordneten Leitungen (37) herstellt, und daß Vorkehrungen ■getroffen sind, um etwas von dem Kühlmittel von dieser Nut (39) aus auf den inneren Umfang der aneinanderstoßenden Flächen benachbarter Ringpaare heraustreten zu lassen, wodurch ein Kühlmittelfilm auf der Innenwand dieses Teils der Brennkammer gebildet wird.

3„ Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für einen Raketenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (20) ein zylindrisch ausgebildeter Stahlmantel ist und daß der Stapel aufeinanderliegender koaxialer Ringe in diesem Mantel von den Enden her durch federnde Mittel (22) festgelegt ist, die eine axiale Expansion und Kontraktion der Ringe in Abhängigkeit von den auftretenden Temperaturen ermöglichen.

4. Brennkammer nach einem der vorher- 5g gehenden Ansprüche für einen Raketenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse am Auslaßende der Kammer gleichfalls durch einen Stapel aneinanderstoßender koaxialer Ringe (17, 18, 19) gebildet wird, die mit in Längsrichtung angeordneten Kühlleitungen (34, 35, 36) versehen sind, die durch miteinander fluchtende Öffnungen in den Ringen gebildet werden, wobei diese Ringe in ihrem äußeren Umfang mit dem Außenmantel (11) im Eingriff stehen, in dem sie gehalten werden, während sie auf ihrem inneren Umfang (23, 24, 25) so geformt sind, daß sie die erforderliche Form der Düse bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr 850254, 811890, 175;

Eyermann und Schulz, »Die Gasturbine, ihre geschichtliche Entwicklung, Theorie und Bauart«, Verlag V. M. Krayn, Berlin, 1917, S. 102.

Hierzu 1 Blaii Zeichnungen